矿用采煤机齿轨热处理工艺的研究

摘 要：本文研究了不同热处理工艺参数对矿用采煤机齿轨zg35crmnsi显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着淬火温度的升高，硬度呈先上升后下降趋势；880℃淬火时，硬度值最高，达到hb555；淬火加热温度一定时，随着回火温度的提高，钢的强度和硬度略有降低，塑性、韧性有一定的提高；zg35crmnsi在采用880℃×30min+600℃×2h热处理工艺时，表现出了较好的强度与塑韧性的配合，hb335，σb=1196m pa，δ5=6.6%，ψ=34.8%，ak=102.5j/cm-2，综合性能较好，符合矿用采煤机小轨的使用要求。 关键词：zg35crmnsi；热处理；组织；力学性能 中图分类号：tg 156 文献标识码：a

reaserch on heat treatment process of small rail to the mining coal winning machine

abstract：in this paper， the impact on microstructure and mechanical properties of 35crmnsi steel by different heat treatment parameters are studied. the results showed that： with the increasing of the temperature the hardness of the zg35crmnsi first rising and then decreasing； when quenched at 880℃and holding 30min， the hardness of steel are best， hb555； when the quenching temperature is constant， with the tempering temperature increased， the strength of steel and the hardness slightly decreased， some improvement in

ductility， toughness； under the experimental conditions，after 880℃ quenching and holding 30min，then tempering at 600℃ and holding 2h，steel showed good strength and toughness ，as its comprehensive performance is better. it meets the application requirements of the small tracks . key words： zg35crmnsi； heat treatment； organization； mechanical properties 1 前言

矿用采煤机小轨用于与采煤机的主齿啮合，驱动采煤机行走，为采煤机提供运行轨道，是采煤工作中的重要部件。目前铸钢齿轨由于工艺简单，成本较低已成为很多公司研究并采用的方法，使用的材质多为zg35crmnsi。其经热处理后，可改变其内部组织，得到强度、硬度、韧性等，得到较好的综合力学性能，延长其使用寿命，降低制造成本。因此，采用热处理工艺提高zg35crmnsi齿轨的综合性能，是使其满足使用要求的经济、有效方法[1，2]。 研究不同热处理工艺下对zg35crmnsi五节距齿轨的组织和性能的影响，从而找到最佳的热处理工艺规范，进一步提高五节距齿轨的使用性能、使用寿命和生产效率，降低成本。 2 实验材料与方法 2.1 实验材料

选择合金zg35crmnsi作为实验材料。其化学成分如表1所示。 表1 zg35crmnsi钢的化学成分[3]（质量分数）%

table1 the chemical composition of zg35crmnsi steel （quality percent） % 2.2 热处理工艺

根据钢的临界点，制订其热处理工艺。实验中的热处理工艺如表2所示。

表2 热处理工艺

table2 heat treatment process 2.3 性能测试

组织观察：将经过上述工艺处理后的试样分别进行磨制、抛光和腐蚀制成金相试样。腐蚀液为4%的硝酸酒精溶液。在xjl-02a型立式金相显微镜上进行组织观察和拍照。

硬度测试：在 hb-3000b 布氏硬度计上进行，采用直径5.0 mm的钢球，保压时间30 s，取3个测试点的平均值。

冲击实验：在jb-30a型冲击试验机上进行室温冲击实验。 拉伸实验：在we-30型液压式万能试验机上进行拉伸试验，并测定其抗拉强度，延伸率及断面收缩率。 3 实验结果及分析

3.1 zg35crmnsi不同温度淬火后的硬度及显微组织 图1为zg35crmnsi钢淬火温度与硬度的关系曲线。图2为zg35crmnsi钢不同淬火温度金相组织图片。 图1 淬火温度与硬度的关系曲线

fig.1 the relationship of hardening temperature with

hardness

由图1可以看出，随着淬火温度的升高，硬度呈先上升后下降趋势；并且硬度均较高，都在hb500以上；当淬火温度为880℃时，硬度值最高，达到hb555。由图2可知，不同淬火温度下得到的组织均为马氏体组织，因为马氏体的具有高硬度和高强度，所以以上样品的硬度均较高。在淬火温度较低时，奥氏体化不完全，组织中存在铁素体，铁素体为韧性相，因此硬度相对较低；随着淬火温度的升高，奥氏体程度化增大，组织中的铁素体全部转化成奥氏体，经油淬后形成马氏体，硬度提高。当淬火温度过高时，溶入高温奥氏体中的碳和合金元素增多，奥氏体的稳定性增强，淬火组织中有部分残余奥氏体存在，因此硬度反而又下降。 3.2 zg35crmnsi不同温度回火后的硬度

按表2对回火后的zg35crmnsi进行硬度测试，回火温度与硬度关系曲线如图3所示。

图3 回火加热温度与硬度关系曲线

fig.3 the relationship of tempering temperature with hardness

由图3可以看出，当淬火温度一定时，随着回火温度的升高，钢的硬度总体呈逐渐降低趋势。这主要是因为马氏体的硬度主要取决于过饱和碳的固溶强化效果。在回火时，碳原子发生扩散现象，回火的整个过程都伴随着马氏体中含碳量的降低，随着回火温度的升高扩散逐渐增强，因此硬度变化总趋势是随着回火温度的提高，硬

度不断下降。

3.3 热处理对zg35crmnsi冲击性能的影响

按表2所示的工艺处理后测试其冲击性能，回火温度与冲击韧性关系曲线如图4所示。

图4 回火温度与冲击韧性关系曲线

fig.4 impact toughness after different tempering time processing

由回火温度与冲击韧性关系曲线图还可以看出，淬火温度一定时，随着回火温度的升高，钢的冲击韧性也呈上升趋势。 淬火马氏体经500℃左右回火后，马氏体中过饱和的碳大部分或全部脱溶，析出的碳化物开始聚集长大和球化，基体马氏体已开始回复，形成回火屈氏体组织。即铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，具有较高的韧性。随着回火温度的进一步升高，组织逐渐得到细化，得到的回火组织为回火索氏体。回火索氏体是细粒状渗碳体和等轴铁素体晶粒所组成的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。由于粒状渗碳体对铁素体基体没有切割作用，铁素体基体在较高温度回火时可得到充分的回复和再结晶，故回火索氏体组织具有优良的综合力学性能。因此，淬火加热温度一定时，随着回火温度的升高，冲击韧性值呈现上升趋势。

3.4 热处理对zg35crmnsi钢拉伸性能的影响

按表2所示的工艺进行处理后测试其拉伸性能，其回火温度与强

度和延伸率及断面收缩率之间关系曲线如图5所示。 图5 回火温度与强度和延伸率关系

fig.5 the relationship of tempering temperature with intensity and elongation

由图5可以看出，淬火温度一定时，随着回火温度的升高，抗拉强度呈降低趋势，钢的断后延伸率和断面伸缩率都呈现增加趋势。 回火温度较低时，其组织为大量回火屈氏体和少量回火索氏体；当回火较高时，其组织为回火索氏体。由于马氏体中碳的分解，使塑性增强、抗拉强度降低。

综上分析，当淬火温度为880℃，回火温度为600℃时，zg35crmnsi的综合性能最佳。 4 结论

1、随着淬火温度的升高，硬度呈先上升后下降趋势；880℃淬火时，硬度值最高，达到hb555。

2、淬火加热温度一定时，随着回火温度的提高，钢的强度和硬度略有降低，塑性、韧性有一定的提高。

3、zg35crmnsi在采用880℃×30min+600℃×2h热处理工艺时，表现出了较好的强度与塑韧性的配合，hb335，σb=1196m pa，δ5=6.6%，ψ=34.8%，ak=102.5j/cm-2，综合性能较好，符合矿用采煤机小轨的使用要求。 参考文献

[1]周清跃，张银花，陈朝阳，等.国内外钢轨钢研究及进展[j].

中国铁道科学，2002，23（6）：120-126.

[2]周清跃，王树青，张银花，等.热处理钢轨若干问题的探讨[j].中国铁道科学， 2005， 26 （1）：72-77.

[3]李文学，闫俊萍，王玉峰，等.热处理对35crmnsi钢铸锭车轮性能的影响[j].包头钢铁学院学报.1999，18（1）：42-44.