■ 刘冰，王维发，王培科，王宏伟

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1. 概述

导向滑靴是采煤机的主要零件之一，其质量稳定性直接决定着采煤机的综合质量。导向滑靴导向槽随着采煤工作面的上下起伏，溜槽的左右弯曲，承受较大的弯曲载荷，载荷位置与方向具有不确定性。采煤工作面作业条件极为苛刻，煤尘会作为磨料，增加磨损，且随着采煤机的行走，其导向面会产生严重磨损（见其图1中黄色部分）。导向滑靴的材质为Z G40C r与ZG35CrMoV，为提高导向滑靴的使用寿命，图样要求对导向面进行中频感应表面淬火（见图2），表面硬度要求为45.0～50.0HRC，其制造工艺为：铸造→退火→机加工→调质（硬度240～280HBW）→导向面中频感应淬火（喷水）→低温回火，而导向滑靴在中频感应淬火后，经常有淬火裂纹，严重制约了导向滑靴内在质量的提升。为防止导向滑靴再次淬裂，笔者对已淬裂导向滑靴的裂纹进行统计，并与未淬裂件进行对比分析研究，为企业改进生产工艺、提高产品质量提供参考。

2. 问题的提出

图1 导向滑靴宏观形貌

图2 导向滑靴淬火部位

回顾过去，导向滑靴导向面中频感应淬火裂纹一直是我公司技术上的疑难病症，每年淬裂近百件，不仅严重制约我公司产品质量的提高，而且对我公司造成了较大的经济损失，影响生产进度及交货期。为提高导向滑靴产品的质量，防止导向面的多次淬裂，笔者对裂纹形态进行了统计与分析（见附表），发现滑靴表面淬火裂纹可分为以下两种：

（1）几何形状所引起的裂纹，主要有边廓-表面裂纹与尖角弧裂，如图3、图4所示。

（2）铸造缺陷所引起的裂纹，形状多样，常见的缺陷主要有气孔、疏松、砂眼及毛刺等，在中频感应淬火时，这些冶金缺陷就成为应力集中处，易引起裂纹的产生，如图5所示。

图3 淬火部位边廓-表面裂纹

导向滑靴表面淬裂统计表

3. 理化检测与分析

图4 淬火部位尖角弧裂

图5 淬火部位起于铸造缺陷的裂纹

对已裂件进行解剖，对其进行磨制、抛光，用4%（体积分数）硝酸酒精溶液侵蚀后，采用现场金相显微镜SY-01进行观察，发现在截面突变处易出现边廓-表面裂纹，裂纹两边的组织差异较大，裂纹靠薄壁侧金相组织为细小的中碳马氏体，靠厚壁侧金相组织为屈氏体加中碳马氏体；铸造缺陷处出现无规则的裂纹，组织为中碳马氏体；铸造倒角部位出现尖角弧裂，尖角部位组织为屈氏体，尖角两边的组织为中碳马氏体。

我公司所用的中频感应设备的频率为2.0～2.5kHz，其对应的淬硬层深度为7.0～10.0 mm，导向滑靴的淬火部位较薄，在中频感应淬火时均已淬透，转变成中碳马氏体，淬火应力以组织应力为主，而壁厚处未加热透，形成屈氏体＋马氏体，当温度降低到一定程度时，壁厚处发生体积收缩，而薄壁处因均已形成马氏体，无法收缩，在薄壁处与厚壁处就会产生拉应力，当拉应力大于钢的抗拉强度时，会形成表面边廓裂纹；铸造缺陷处形成了应力集中，降低了钢的强度，在表面淬火时形成无规则的淬火裂纹；淬火发生尖角弧裂的部位，因倒角太小，致使在夹角部位淬火时冷却较缓，不易淬透，可能形成屈氏体，而夹角的两边冷却较快，会形成马氏体，结果造成在夹角部位形成拉应力，致使淬裂。

4. 滑靴结构及表面淬火工艺分析

（1）图样要求导向滑靴导向面壁厚处δ≥5 m m、R≥10mm，从结构上看，发生边廓-表面裂纹的壁厚均小于10mm，发生尖角弧裂的铸造倒圆角均小于15mm。根据统计结果，铸造圆角大于15m m时未发生尖角弧裂现象，壁厚超过20mm的导向滑靴也未发生边廓-表面裂纹。

（2）导向滑靴表面淬火所用的频率为2.5kHz、电压750V、电流50A，功率30k W、速度1.1mm/s、延时3s，采用喷水冷却，喷水压力为0.5MPa。频率较高，表面温升速度较快，内外温差变化大，导向滑靴在表面淬火加热时壁薄，厚位置热应力差异大；采用水为淬火冷却介质，淬冷烈度H大，也是致使导向滑靴淬裂的主要原因之一；淬火喷射压力为0.5MPa，冷速快，易淬裂。

5. 改进措施

（1）改进铸造工艺，减少铸造缺陷，降低因铸造缺陷产生裂纹的概率。

（2）调整图样尺寸，使导向滑靴的表淬部位的壁厚加至25mm以上，以防止边廓-表面裂纹的产生，同时加大表淬部位的圆角，使其R≥15mm，以防尖角弧裂的产生。

（3）在表面淬火前，打磨表淬部位的棱角及圆角部位，以去除毛刺，防止因毛刺成为淬火裂纹源。

（4）在表面淬火时，采用2.2 kHz 的淬火电源频率，降低表面温升速度，减少壁薄、厚位置处的热应力；采用10%的PAG水基淬火冷却介质，并降低淬火冷却介质的喷射速度，压力降为0.35MPa，从而降低淬火冷却速度，有效减少淬火应力。

（5）中频感应淬火后及时回火。

6. 效果

对导向滑靴的结构、表面质量及中频感应淬火方式进行优化，经过近一年的生产验证，导向滑靴再未发生过淬裂。