1.7　工程机械零件的热处理工艺与规范

1.7.1　破碎机颚板热处理工艺与规范

1.7.1.1　破碎机颚板的工作条件和性能要求

颚式破碎机是冶金、矿山、发电、建材、陶瓷、筑路等行业广泛应用的破碎机械，用于将开采的原矿石破碎成适于运输、使用和粉磨的物料等，满足生产需要。其工作条件恶劣，受力情况复杂，在工作过程中承受较大的冲击、挤压、剪切以及接触疲劳的作用，应具有良好的耐磨性和一定的韧性，而颚板是主要的易磨损件，消耗量极大。其工作原理如图1-106所示，是由动颚板、定颚板、偏心轴和推力板等组成。可以看出颚板上部对物料的挤压大于下部，颚板下部以垂直运动为主，物料对颚板下部的作用以高应力的短程凿削磨损为主，颚板的上部磨损速度大于下部。

需要注意的是：颚板的磨损表现为疲劳磨损和犁沟磨损，主要是在物料破碎过程中颚板受到冲击、挤压和研磨造成的。

1.7.1.2　破碎机颚板的机械加工工艺流程

破碎机颚板是进行铸造成形的，采用的材料多为高锰钢，也可为中锰钢、高铬铸铁与高锰钢复合、中碳低合金铸钢等，其制造加工流程一般为：砂型铸造→机械加工→热处理→检验→装配等，对于具体的材质制造的顺序有所变动。

1.7.1.3　破碎机颚板的热处理工艺

根据破碎机颚板的工作特点和失效形式，其使用的材质有所不同，因此如何确保颚板的耐磨性和一定的韧性，是对该材料进行合理的热处理来实现的。采用水韧处理，获得单一的奥氏体组织，硬度在55～60HRC，冲击韧性为30～35J/cm2。

（1）高锰钢的热处理工艺

该钢有ZGMn13、ZGMn13RE等，它们是粉碎机颚板的传统用材，具有铸造流动好、成分稳定的特点，热处理后有很好的韧性，也具有良好的变形硬化能力。其具体的热处理工艺见图1-107。

ZGMn13Cr2钢是在ZGMn13钢中含1.5％～2.0％Cr而形成的新材料，铬为碳化物的形成元素，可阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，促使铸态晶粒形状比较规则，整个截面十分均匀，改善了碳化物的形貌，由于晶粒细则晶界面积增加，因此阻止位错滑移力得到提高，显微裂纹的扩展缓慢，同时也改变了方向，消耗了大量的能量，提高了屈服强度、断裂韧性和耐磨性。ZGMn13Cr2钢破碎机颚板的热处理工艺见图1-108。

（2）中锰钢的热处理工艺

该类钢的通常成分为0.7％～1.2％C、6％～9％Mn、0.5％～0.8％Si、1.2％Cr以及其他微量的合金元素（如V、Ti、Nb、RE等），在铸态下为奥氏体、马氏体和少量的珠光体组织，经过水韧处理后获得单一的奥氏体或奥氏体+少量未溶碳化物组织。

（3）中碳低合金铸钢的热处理工艺

该类钢的成分为0.4％～0.8％C、0.7％～1.1％Mn、0.7％～1.3％Si、1.5％～2.5％Cr、0.4％～0.6％Ni、0.3％～0.6％Mo，经过淬火+低温回火后，该钢具有较高的硬度与适当的韧性，可以抵抗物料的切削作用和物料的反复挤压引起的疲劳剥落。

1.7.1.4　破碎机颚板的热处理工艺分析与实施要点

①高锰钢铸铁在冷凝固结晶时，外层冷却的速度比内部快，形成了柱状结晶和大量的碳化物析出，聚集的碳化物呈块状、片状、针状和网状等，质地脆性大。而水韧处理时重新加热，上述碳化物则不易固溶或溶解不完全，仍将保留在水韧处理的组织中，割裂基体组织的连续性，造成脆性增加，导致在强大的冲击力和压力的作用下，呈现脆性断裂等。故应采用细化原始组织和制定先进工艺，同时严格控制钢中碳、磷的含量，否则难以达到获得要求的组织和力学性能。

②需要注意的是650～700℃高锰钢的预热问题，在此温度下长时间预热，会析出碳化物的脆性相，一般根据颚板的厚度和大小、装炉量等进行综合确定，通常时间为3～4h。而膨胀系数比碳钢大50％以上，因此应缓慢加热，在650℃以下加热不能过快，一般控制在60℃/h以下，否则使脆性铸态组织抵抗不了热应力而开裂。同时，也应注意到，由于碳和锰降低了钢的热导率（仅为钢的1/3），因此如果升温速度过快，零件内外温度存在很大的温差，则有可能造成铸件的开裂。

③为防止氧化或脱碳的发生，应在保护气氛炉或盐浴炉内进行加热，因此针对高锰钢水韧处理时出现质量问题，应特别注意三个环节：必须加热到950℃以上充分奥氏体化；充分保温，使碳化物充分溶解到奥氏体中；有足够的冷却速度，否则因碳化物沿奥氏体晶界析出而产生裂纹，因此应快速冷却来避免碳化物从奥氏体中析出，以获得单一的奥氏体组织，因此在热处理过程中应特别注意上述三个方面。水韧处理的温度高或时间长，将会引起晶粒的粗大，削弱了材料的抗力，容易造成裂纹的产生，因此水韧处理加热温度的原则是，使碳化物充分溶解，而奥氏体晶粒又不至于粗大。

④ZGMn13Cr2钢在水韧处理前应进行等温退火处理，其目的是消除铸态下高的内应力和细化组织，并改善碳化物的形貌，通过860～870℃加热再结晶而细化组织，630～640℃使奥氏体快速转变为珠光体组织，为水韧处理在高温下加热时有较多的形核核心，细化奥氏体晶粒1.0～1.5级奠定了良好的基础。

⑤ZGMn13Cr2钢取消了650～700℃的预热处理，可避免了碳化物的析出，提高了内部质量。需要注意：为防止表面的脱碳，应在具有保护气氛的热处理炉中进行加热，使其高于ZGMn13钢的加热温度，这样可确保碳化物的充分溶解，获得良好的力学性能。

⑥ZGMn13Cr2钢水韧处理后，为了提高起始的硬度、耐磨性和疲劳强度，可进行喷丸处理。

1.7.1.5　破碎机颚板的热处理质量检验

对于采用高锰钢制作的破碎机颚板的热处理质量检验，应包括硬度、裂纹、碳化物析出、脱碳等几个方面的检查，要严格按技术要求进行。对于硬度不合格或碳化物析出等缺陷，要重新进行水韧处理，同时要注意入水的温度必须符合规定。

这里需要说明的是铸件脱碳的危害，脱碳层在水中冷却后转变为马氏体组织，但表层很脆、塑性很低，其与内部奥氏体组织间的结合力很差，在冲击磨料磨损条件下，表面层很快脱落。脱碳层水冷后发生马氏体的转变，体积膨胀，而金属内层仍为奥氏体组织，表层与内层之间出现应力，在随后的冷却过程中两种组织的线收缩率也不相同，从而造成表面开裂。表1-84为脱碳对于铸件力学性能的影响，由此可见，在热处理过程中应禁止脱碳现象的发生。

1.7.1.6　破碎机颚板的热处理缺陷分析与对策

破碎机颚板的热处理缺陷分析与对策见表1-85。

1.7.2　破碎机板（环）锤热处理工艺与规范

1.7.2.1　破碎机板（环）锤的工作条件和性能要求

破碎机的板锤在高速旋转状态下破碎物料，因此受到物料的冲击作用，其破碎的对象为硬度较高的铁矿石、石料等，因此要求板锤具有足够的硬度和韧性，资料介绍，材质的硬度和冲击韧性分别达到HRC≥45、ak≥20J/cm2时，才能满足上述工况条件下对性能的要求。根据板锤的工作特点和要求，采用的材料多为高锰钢和低合金耐磨钢。高锰钢的耐磨性好、韧性较高，低合金耐磨钢则进行淬火+低温回火后，获得了强韧化的回火马氏体组织，提高了合金硬度，同时又具有良好的韧性，均可满足其工作需要。图1-109为锤式破碎机的板锤尺寸。

1.7.2.2　破碎机板（环）锤的机械加工工艺流程

板锤采用铸造成形，不需要进行任何加工，另外尺寸适宜且壁厚均匀。

1.7.2.3　破碎机板（环）锤的热处理工艺

板锤的热处理工艺依据材料的不同而有较大的区别，高锰钢是一种具有加工硬化作用的钢种，在冲击载荷的作用下，表面硬度高，耐磨性增强，而内部仍具有一定的韧性，因此需要进行固溶处理、水韧处理，以形成单一的奥氏体组织，防止碳化物的析出。而低合金耐磨钢则通过淬火+低温回火，来获得强韧性的回火马氏体组织。

（1）高锰钢的热处理工艺

ZGMn13、ZGMn13RE等高锰钢是制作板锤的常用材料，其热处理工艺为固溶处理（水韧处理），具体参见破碎机一节。

（2）低合金耐磨钢板锤的热处理工艺

采用箱式高温炉进行加热，冷却介质为30℃以下的5％盐水，获得板条状的马氏体组织，具体的热处理工艺见图1-110。热处理后的硬度在50～56HRC。

1.7.2.4　破碎机板（环）锤的热处理工艺分析与实施要点

①高锰钢板锤对材料的要求十分严格，需要加入大量的锰合金元素，要求的生产成本高，同时对热处理的加热温度和冷却介质的温度要求严格，水韧处理不易掌握，导致产品质量不稳定等，因此需要严格执行技术要求和把好重点环节，从出炉到入水应在3min内完成，水温控制在30℃以下，配有循环水装置，否则可能出现碳化物的析出，直接影响到板锤的热处理质量。

②采用低合金耐磨钢制作的板锤，其在铸态的金相组织为珠光体+铁素体+少量碳化物，经过热处理后则获得了马氏体+弥散、孤立分布的粒状和条状碳化物。其具有适当的硬度（50HRC以上）和足够的冲击韧性（ak≥20J/cm2）。

③从Fe-Mn-C三元相图中13％Mn的垂直截面来看（见图1-111），由于合金度高，在铸造条件下共析转变难以充分进行，铸态组织为奥氏体+碳化物，固溶处理后的显微组织为单相的奥氏体，软而韧。为了细化ZGMn13钢奥氏体晶粒，可以采用（610～650）℃×（10～12）h，使奥氏体发生分解，然后再加热到1050～1080℃进行水韧处理，通过相变来完成奥氏体晶粒的细化。

④为了防止高锰钢因冷却不均而产生裂纹，板锤的设计应尽量使其壁厚均匀，另外，为了改善高锰钢的切削加工性，可将其在600～650℃进行退火处理。

1.7.3　掘土机斗齿和铲齿热处理工艺与规范

1.7.3.1　斗齿和铲齿的工作条件和性能要求

在工程建筑中，掘土机是十分重要的工程机械，以具有高的效率而得到了极为广泛的应用，其掘土或挖土的重要工具是斗齿（见图1-112）和铲齿，与土壤、碎石、瓦砾、砖块、沙土和岩石等接触产生摩擦作用，受到冲击载荷的作用，作为主要的易损件，在服役时前端工作部分承受强烈的冲击和磨损，而其根部要承受方向多变、弯曲载荷的作用，因此其工作条件差。铲齿在工作中受力呈线接触或局部小面积接触，出现局部应力集中，造成铲齿的断裂，由此可见斗齿和铲齿的失效形式主要为磨损（犁沟、凿削）、剥落、断齿、变形等。因此要求它们具有高的硬度和耐磨性，同时具有高的强度和一定的韧性。具体技术要求为：①较高的表面硬度和足够的淬硬深度，以确保较好的耐磨性；②材料有良好的调质性能，对冷却现象缺乏敏感性，确保有较好的韧性；③根部有较高的强度，适当的延伸。多用于制造承受冲击磨损的零件，如斗齿、球磨机衬板、履带板以及钢轨等。

根据其技术要求和工作特点，多选用高锰钢材料，进行固溶处理，使碳化物充分溶于奥氏体中，以获得单一的奥氏体，即水韧处理。其在冲击载荷作用下，会发生冷作硬化。其本质是通过形变在奥氏体基体中产生大量位错，形变孪晶ε-M和α-M成为位错运动的阻碍，在受到冲击后，其表面的硬度达到500HB以上，而心部仍为单相的奥氏体组织，强韧有力，受到冲击而不破裂，因此该材料具有抵抗强烈冲击和严重磨损等条件下的工作需要，完全能满足斗齿和铲齿的工作需要。常见的材料牌号有ZGMn13、ZGMnRE等，它们均为典型的耐磨钢，ZGMn13的主要化学成分为C=0.9％～1.4％，Mn=10％～14％。

1.7.3.2　斗齿和铲齿的机械加工工艺流程

高锰钢也称为耐磨钢，常作为制造斗齿和铲齿的材料，具有生产工艺简单、力学性能优良和成本低的特点，其加工工艺流程为铸造成形→固溶处理（水韧处理）→质量检验。

1.7.3.3　斗齿和铲齿的热处理工艺

（1）斗齿和铲齿的热处理技术要求

ZGMn13和ZGMn13RE高锰钢热处理的目的是确保水韧处理后，获得单一的奥氏体组织，应尽量避免碳化物的出现（一般存在则将严重降低钢的强度和耐磨性）。另外，也采用低合金钢制作斗齿或铲齿，为了追求大的可磨损量，延长使用寿命，则采用增大齿尖厚度的方法，采用淬火+低温回火的热处理工艺，获得板条马氏体（位错型马氏体）具有相当高的强度、硬度，又具有较高的塑性和韧性等，其综合力学性能较高，表层和心部的硬度在44～52HRC。

（2）热处理工艺

通常斗齿和铲齿采用的材料为高锰钢（耐磨钢），为了得到要求的组织，则通用的热处理工艺为固溶处理（水韧处理），ZGMn13钢的固溶温度为1050～1080℃，ZGMn13RE为1000～1030℃，保温时间应根据零件的大小、厚度以及装炉量等来确定，其原则是确保透烧，使碳化物完全充分溶于奥氏体中，保温结束后快速水冷，形成单一的奥氏体组织，具有软而韧的特点，不允许有碳化物的析出。加热设备通常为大型高温箱式炉或盐浴炉，由于导热系数低，为了确保内外温差的一致、防止开裂，应对其进行600～650℃的预热，同时也减少了固溶保温时间，具体热处理工艺见图1-113。

固溶后的奥氏体组织硬度为180～220HB、ak>150J/cm2、σ0.2=250～400MPa、σb=800～1000MPa、ε5=35％～55％、ψ=40％～50％、akU=180J/cm2等，如再加入2％～4％的铬以及适量的钼、钒等，可形成细小的碳化物，可进一步提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。高锰钢具有很大的加工硬化能力，其压力加工、切削加工十分困难，焊接性差，一般均是铸造成形，然后经过淬火和磨削加工后使用。

从斗齿或铲齿结构上看，它是由齿尖和齿腔两部分组成的，采用低合金钢生产厚截面的斗齿或铲齿，其关键是确保各截面处内外硬度的一致性，如何避免淬火裂纹的产生，这是热处理的重点所在，一般齿尖部分厚度是齿腔的2～3倍，因此可采取两种淬火工艺：一是先对齿腔进行油冷10～15s后，整体入水冷却（见图1-114）；二是加热结束后预冷30s，齿尖先进行淬火，随后整体油冷的工艺（见图1-115）。淬火后在240～260℃回火，硬度在46～52HRC。

1.7.3.4　斗齿和铲齿热处理工艺分析与实施要点

①由于高锰钢的导热系数是碳素钢的1/6～1/4，在650℃以前升温速度不均匀，将造成斗齿和铲齿内部受热不均匀，内外温差增大，一般升温速度应小于50℃/h。则在升温过程中内部会产生过大而不均匀的热应力从而产生裂纹。在1000～1080℃范围内如控制不好，则容易使晶粒粗大以及析出碳化物等。在650℃以前应均匀升温，在630～720℃缓慢升温，则可有效保证高锰钢内外温度的一致，减少由于升温速度快而引起的组织热应力，可有效实现在1000～1080℃温度范围内的控制。资料介绍，高锰钢的碳化物充分溶解的温度在970～1000℃，因此固溶处理温度在1050～1150℃，自室温到900℃的整个加热过程是析出碳化物的过程，950℃时碳化物全部溶于奥氏体中。

高锰钢的入炉温度取决于铸件的尺寸、重量、结构的复杂程度和钢中碳含量。固溶处理的温度选用原则是碳化物能充分溶解，获得合理的晶粒度，钢中的化学成分尽可能的均匀，得到最佳的力学性能等，防止过热，而时间的选择是碳化物的全部溶解和成分的均匀，一般是按每25mm，保温1h计算。

②对高锰钢进行热处理工艺的制定，应根据零件的具体形状、性能要求等，在确保基本成分得到控制和获得良好铸态组织的前提下，要合理确定热处理工艺，使碳化物快速有效的溶解于奥氏体中，水韧处理时的快速冷却，是为了防止碳化物（渗碳体）的析出。

高锰钢冷却时的组织转变分为先共析碳化物的析出和奥氏体的分解两部分，碳在奥氏体中的溶解度随温度的降低而减少，在冷却过程中有碳的析出，从Fe-Mn-C三元相图可知，Acm随含碳量的升高而升高，因此奥氏体的稳定化温度在950℃以上，碳化物开始析出，在950～960℃范围内，先从晶界处起始（化学成分偏析晶界处碳含量较高，晶界处的缺陷多，故扩散易于进行），其次在枝晶间碳含量较高的区域。当锰含量在12％时，析出的碳化物含量中锰占15％。在碳化物的析出过程中，碳化物周围奥氏体中发生贫碳和贫锰的现象，主要是贫碳，使奥氏体的性能下降。当温度降到共析转变点发生共析转变时，分以下两种情况：当锰含量在13％时，共析温度降到600～630℃；当锰含量在20％时，则共析温度在450℃。因此，对于一般高锰钢而言，共析转变温度在850～870℃。铸态下的组织为奥氏体+碳化物+共析型组织（珠光体），是在较快的冷却速度下形成的，出现晶界连续网状（有块状）碳化物、晶界以及内部针状碳化物等。

奥氏体的分解包括共析转变，首先是在晶界和晶内的碳化物周围进行的（奥氏体中碳与锰含量降低则易于分解），其次在该处提供了珠光体组织的形核晶面，奥氏体的分解产物与温度的转变有关。因此采用快速的冷却可有效避免碳化物的析出。

高锰钢的加热结束后要求快速冷却，资料介绍，通过试验表明，在1050℃保温90min后，直接出炉水冷、炉冷2min水冷和空冷2min后水冷，其抗弯和接触疲劳强度分别为914.96MPa、884.56MPa、877.7MPa，63MPa、50MPa、53MPa，由此可见加热完毕应尽快在水中冷却，则对于高锰钢的性能影响不大。

③高锰钢的水韧处理时的水温要求是十分严格的，要减小冷却过程中各部位的温差，考虑到不允许有碳化物的析出，为获得单一的奥氏体组织，故必须快速冷却，因此要求冷却前后的水温均应不超过30℃，同时要配备循环水泵，不断添加凉水，为了控制水温，要求水的体积或容积为铸件的8倍以上。另外，从出炉到入水的时间应在3min内完成，斗齿和铲齿表面温度应不低于950℃，否则造成碳化物的析出。

④如采用箱式电阻炉进行加热，为了确保内部温度的均匀性，应在炉门处加上挡板，应要求零件离开炉门一定的距离（一般为与炉丝平齐）。

⑤关于晶粒粗大的问题，并非热处理原因，而是在浇注过程中浇注速度控制不当造成的，因此应采用低温快速浇注的工艺。

⑥采用低合金钢铸件制作的斗齿和铲齿进行热处理时，考虑到齿尖和齿腔的厚度的差异，采用了特定的热处理工艺，该工艺的操作比较复杂，要求操作者熟练掌握，其目的是确保整体硬度合格、无淬火裂纹的出现，至于两者的淬火温度的差异是由工艺的特殊性决定的。

⑦低合金钢铸件制作的厚截面的斗齿和铲齿，经过热处理后获得了良好的硬度和韧性，对比高锰钢的水韧处理工艺来看，具有热处理质量稳定、温度低、成本低廉等特点，因此也得到了较为广泛的应用。

⑧高锰钢在300℃以下加热不会有碳化物沿奥氏体晶界的析出，如果重新在600～700℃加热，则造成韧性的急剧下降，因此零件的设计应注意以下两点：为防止冷却不均而可能产生裂纹，壁的厚薄应均匀；改善切削加工的条件，可在600～650℃进行退火处理。

1.7.3.5　斗齿和铲齿的热处理的质量检验

参见破碎机部分。

需要注意的是，对于低合金钢斗齿和铲齿，要检验硬度和进行探伤，以满足其服役条件和无缺陷的产生。

1.7.3.6　斗齿和铲齿的热处理常见缺陷分析与预防措施

参见破碎机部分。

需要注意的是，低合金钢斗齿和铲齿热处理缺陷为硬度不合格和齿腔裂纹，其原因均为冷却时操作不当造成的，预防措施为严格执行工艺要求，操作应规范，淬火后应立即进行回火处理。

1.7.4　建筑机械主动圆锥齿轮热处理工艺与规范

1.7.4.1　振动压路机驱动桥弧齿锥齿轮的工作条件和性能要求

建筑机械多数为重型设备，其关键的传动部件为驱动桥弧齿锥齿轮（见图1-116），在工作过程中承受较大的载荷，齿轮的齿部和根部受到周期性的挤压和摩擦作用，工况条件恶劣，其结构的优劣、制造的精度、工作的可靠性以及使用寿命将对整机有重要的影响。其常见的失效形式为齿部磨损、剥落和断裂等，因此要求其心部具有足够的强度和良好的韧性，表面具有高的硬度和硬化层深度，以抵抗载荷的作用。

1.7.4.2　弧齿锥齿轮的机械加工工艺流程

它分为主动轮和从动轮，其制造工艺流程为：下料→锻造→一次正火→粗车加工→二次正火→精车加工→铣齿→碳氮共渗淬火→清洗→回火→磨内孔→配对研磨→检验→包装入库。

1.7.4.3　弧齿锥齿轮的热处理工艺

（1）技术要求

材料为20CrMnTi，共渗层深0.95～1.1mm，齿表面硬度58～62HRC，心部硬度35～42HRC。

（2）热处理工艺

根据齿轮的技术要求，结合具体的热处理工艺强化手段，采用碳氮共渗+淬火+低温回火处理的工艺是可以满足设计要求的。

①碳氮共渗　在RQ-75-9气体渗碳炉对齿轮进行碳氮共渗，图1-117中的0号渗剂为酒精和含氮基有机物，1号渗剂主要由煤油组成。淬火采用20号机械油为冷却介质。

②淬火+低温回火　考虑到20CrMnTi钢碳氮共渗的温度与其淬火加热温度是一致的，另外，由于合金元素钛的加入，使该钢加热到奥氏体温度仍能保持细小的晶粒，因此可以在共渗结束后直接淬火即可，即850～870℃温度下淬入油中冷却，得到马氏体和残余奥氏体组织。随后在180～200℃的硝盐浴中进行2～3h的低温回火处理，即可获得要求的各项技术要求。

1.7.4.4　弧齿锥齿轮的热处理工艺分析与实施要点

齿轮经过碳氮共渗和淬火处理，其目的是表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍具有良好的强度和韧性等，可确保在服役过程中，表面无非正常失效现象的发生。因此如何在化学热处理和淬火过程中，编制和正确执行则是产品质量得到保证的原因所在。

①共渗层的组织为密集带状的碳氮化合物，次表层为针状马氏体和少量残余奥氏体，没有非马氏体的不良组织，因此确保了表层碳氮化合物区硬度很高，次层的少量残余奥氏体不会引起硬度的明显下降，整个硬化层的硬度值以及分布较为均匀，有效硬化层的深度符合要求等，图1-118表示主动轮和从动轮共渗后金相组织和显微硬度的理想要求。

②碳氮共渗后如出现共渗层为密集堆积状的碳氮化合物，次表层为隐针马氏体组织，再次层为点状以及爪状二次碳化物，加隐针状马氏体+非马氏体组织，而整个共渗层看不到针状马氏体和残余奥氏体，则表面该齿轮基体中碳氮元素的饱和度不高，其金相组织和硬度分布见图1-119，这是不正确的。这将会造成次表层硬度低，化合物层的剥落，最后造成基体金属的快速磨损。该类缺陷的原因在于共渗处理的温度低，引起表层碳氮化合物的堆积和基体碳氮饱和度的降低；重新加热时淬火温度偏低，心部出现大量的未溶铁素体，引起心部硬度的显著降低；淬火时共渗层出现表面脱碳，引起次表层基体强度的降低等。因此应严格执行热处理工艺规定，避免不合格产品的产生，使产品处于有效的过程控制状态中。

③主动轮的失效为被动失效，表现为表面压陷剥落和磨损，而从动轮则为主动失效，表现为渗层有严重的磨损和硬化层的大块剥落和断裂，而共渗层组织状态不良和硬度低，齿表面存在较多的低强度残留奥氏体和淬火马氏体组织是引起齿轮失效的主要原因。

淬火冷却到室温和进行充分的回火，能有效地避免齿轮断齿现象，其原因在于减少了残余奥氏体的数量，提高了基体的整体硬度。

④20CrMnTi钢制作的齿轮具有良好的淬透性，因此其心部的硬度经过淬火+低温回火，完全能够达到工艺要求，该硬度下的齿轮的基体强度、韧性和塑性等均能符合其服役的条件，但需要注意的是，如果淬火温度低或保温时间短，或淬火冷却速度低，则有可能造成基体未加热透或淬火硬度低，无法确保表面和基体硬度等符合要求，因此应严格制定和正确实施工艺参数，采用最优和最佳的工艺手段和方法，从影响产品质量的六大因素入手，抓好碳氮共渗和热处理淬火。

1.7.4.5　弧齿锥齿轮热处理质量检验

作为工程机械的弧齿锥齿轮，选用渗碳钢材料进行碳氮共渗，以确保淬火后表面具有高的硬度，而心部具有足够的强度和韧性等，来满足齿轮的服役条件。因此其进行的质量检验包括两部分：共渗层深度、组织和浓度，热处理后的表面硬度和心部硬度。其中前者采用金相法检测，表面硬度和心部硬度则使用表面洛氏和洛氏硬度计进行检查。

1.7.5　履带板的热处理工艺与规范

1.7.5.1　履带板的工作条件与性能要求

推土机与拖拉机等工程机械设备的履带板在运动过程中承受着整机的重量，在露天与不平整的地面上进行作业，直接与土壤、砂石等接触，在工作过程中主要承受拉伸、挤压、弯曲和一定的冲击载荷，其表面与地面或泥沙碎石接触从而产生磨损，并有一定的腐蚀，故其主要的失效形式为表面磨料磨损、压弯和断裂等，根据其失效形式可知，履带板的选材在保证一定韧性不致断裂的基础上，尽可能提高硬度和耐磨性，具有较高的硬度和屈服强度对抗显微切削、碾压变形等十分有利。履带板的主要磨损部位是节销（齿口）、跑道、销孔和齿爪（见图1-120），其中前三个部位是造成履带板失效报废的主要部位。

1.7.5.2　履带板的机械加工工艺流程

我国履带板的材料主要有：高锰钢、低合金铸钢、中锰铸钢、球墨铸铁以及改良型高锰钢等铸造材料和轧钢（如40SiMn2）等。

履带板的机械加工工艺流程为：型钢剪切→冲豁口→钻孔→倒角→调质处理→除锈→喷漆→入库→包装履带总成。

1.7.5.3　履带板的热处理工艺

履带板的常用材料及技术要求具体如表1-86所示，供参考。

（1）高锰钢履带板的热处理工艺

高锰钢的传统热处理为固溶处理，铸态组织中不允许有明显的柱状结晶，否则应进行退火处理，如图1-121所示。消除部分柱状晶后再进行水韧处理，具体如图1-122所示，高锰钢的铸态组织由奥氏体、碳化物及少量珠光体所组成，在将其加热到奥氏体温度区（1050～1100℃），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中冷却，以获得单一的高韧性的奥氏体组织。

需要注意的是，改良型高锰钢铸件先进行球化等温退火预处理，然后水韧处理，见图1-122。

（2）低合金铸钢的热处理工艺

31Mn2Si钢履带板在连续炉中加热，（880±20）℃或（1050±30）℃水淬，200℃回火处理。38CrMnSi2RE低合金-贝氏体钢的热处理工艺规范为：铸件直接等温淬火，即（880～900）℃×0.5h奥氏体后在55％KNO3+45％NaNO3的混合硝盐浴中310℃保温60min，淬火后取出空冷至室温。

（3）中锰铸钢的热处理工艺

中锰铸钢的ZGMn8CrMo、ZGMn7的热处理工艺为1050～1100℃的水韧处理。

（4）球墨铸铁的热处理工艺

球墨铸铁的热处理工艺为轻微900℃奥氏体化，280℃等温处理。

（5）轧制板材的热处理工艺

拖拉机履带板横截面及各部位硬度要求见图1-123，40SiMn2钢热处理为淬火+回火处理。热处理工艺如图1-124所示，35MnTiB钢的热处理工艺为：860℃×60min，冷却介质为20～45℃的水。回火工艺为400℃×120min。

1.7.5.4　履带板的热处理工艺分析与实施要点

①对于高锰钢的韧化处理，需要注意冷却的水温高于40℃时，会造成履带板表面出现软点或软带等，硬度不均匀影响其耐磨性。故冷却水槽内有冷却与搅拌装置，以确保槽内水温符合工艺要求。

②40SiMn2钢履带板具有高的淬透性，淬火后硬度高，受淬火冷却介质温度变化较小，但对回火脆性很敏感，在200～300℃回火时，冲击韧度为22J/cm2，回火温度为380～510℃，冲击韧度为90～110J/cm2，回火结束后快冷。

③为了提高履带齿部耐磨性，对于40SiMn2可在调质处理后对履带齿部中频感应淬火后回火，使履带板齿部和板部获得不同的硬度和韧性，而且感应淬火、回火加热均匀，有效提高了生产效率。