链轮花键轴变形磨损早期失效分析及采用中频加热机进行热处理的新工艺

链轮花键轴是ML-722煤矿运输机的重要零件，其工作环境相当的恶劣，因此对链轮花键轴的要求也格外严格。它一般要求具有高的硬度、耐磨性和使用寿命。我们以前采用En24钢调质处理。生产中发现，链轮花键轴寿命低，大多数花键轴仅服役2-3个月便失效报废，一般仅采煤15万t，经济损失很大。

花键轴齿数为19，压力角30°，节圆直径为120、65mm。失效花键轴从齿顶向轴心20mm处硬度值为248-302HBW（24.5-32.5HRC），硬度差别大，造成工件强度差别大，而工件硬度、强度不足是工件失效的主要原因。主要失效形式有两种，一种是严重磨损减薄失效，一种是齿形受挤压变形扭成螺旋状失效。根据以上分析，要防止工件出现塑性变形和过度磨损，必须提高花键轴抗弯强度和表面强度，也就是说，将工件调质后硬度从225-270HBW 提高到349HBW。为实现上述要求，可选择合适的材料和进行热处理工艺改进。经分析，选择材料应符合以下条件：

(1)淬透性好。在矩齿项15mm部位，要求硬度为38HRC以上。

(2)切削加工性能良好，利于工件加工。

(3)焊接性能良好。

(4)在合适的热处理工艺下，变形微小。

(5)无明显回火脆性。

经全面比较，选择42CrMo钢，可实现直径120mm工件，淬火后距齿顶15mm，获得硬度为349HBW的高硬度，并且焊接性、切削加工性能优良。制定改进工艺流程如下：锻造-退火-粗车-调质-精车-钻孔-攻螺纹-滚齿-热处理-组焊-磨削-成品。主要工艺及改进措施如下：

(1) 锻造；始锻温度为1130-1180℃ ，终锻温度为850-900℃，缓冷。

(2) 退火。花键轴的退火可以采用中频加热机进行，温度为850℃，保温l50-180min，随炉冷600℃以下出炉空冷，硬度为208-225HBW。

(3)调质。粗车后增加调质工艺处理，可减少最后热处理变形，改善偏析缺陷，并可提高工件的强韧性。工艺为：采用中频加热机进行890-900℃加热，保温25min、 45min， 高温回火（680℃士℃10）x 210min，空冷，硬度为216-235HBW。

该工艺改进中，将花键轴加工原采用先调质后滚齿加工改进为先滚齿后调质处理，使工件变形减少。

经上述工艺改进后，42CrMo钢花键轴各项性能满足技术要求要求指标，工件质量优良。经生产应用表明，工艺改进后，花键轴的工作寿命比原产品提高5倍，并超过国外同类产品。工艺改进后，花键轴运转转7个月后其外观形貌良好。