27SiMn鋼管是液壓支架立柱的常用材質(zhì)，隨著支架工作阻力的增加，對柱管的強(qiáng)度、硬度、支護(hù)高度等要求也相應(yīng)增大，通過試驗(yàn)研究調(diào)整優(yōu)化熱處理工藝，增加厚壁鋼管的淬硬層深度，從而增加柱管整體的支護(hù)強(qiáng)度。

立柱是液壓支架實(shí)現(xiàn)伸縮功能滿足支護(hù)高度范圍的關(guān)鍵部件，而缸管是立柱的主要零件，并對支架的支護(hù)強(qiáng)度、可靠性和使用壽命產(chǎn)生直接影響。隨著液壓支架產(chǎn)品的工作阻力越來越大，支護(hù)高度越來越高，作為立柱主要零件的中缸管、大缸管的直徑和管壁也越來越大，但漲缸現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生。為了穩(wěn)定缸管的疲勞強(qiáng)度，提高使用壽命，研究優(yōu)化熱處理工藝。

1現(xiàn)狀分析

根據(jù)資料和供貨廠家介紹，27SiMn厚壁管淬透性較高，在水中臨界淬透直徑達(dá)8～22mm。回顧近幾年來，公司對厚壁（≥30mm）27SiMn管材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，物理性能變化規(guī)律：①硬度和淬硬層深度隨管徑大小及管壁厚度呈反向變化，管徑愈大、管壁愈厚，其硬度與深度則相對低于管徑小、管壁薄的零件；②硬度一般按HB240～280控制，淬硬層深度一般在2～8mm范圍內(nèi)；③管壁外徑表面的硬度（布氏）均高于內(nèi)徑表面。

2熱處理試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料、目的、設(shè)備

試驗(yàn)材料：中缸用27SiMn厚壁鋼管，準(zhǔn)350×53，長度為2110mm，其化學(xué)成分檢測如表1所示。

試驗(yàn)?zāi)康模?/span>①柱管調(diào)質(zhì)后硬度：HB270～310，淬硬深度≥10mm；②力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到850、1000MPa；③工藝方法趨于實(shí)際生產(chǎn)情況。為了保證試驗(yàn)結(jié)果對實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)性，直接截取L=1400mm鋼管（重量與長度均大于實(shí)際零件的60%）進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備：箱式電阻爐，鋼管入爐水平放置加熱保溫。循環(huán)水淬火，水溫20～40℃，淬火時(shí)鋼管垂直入水。

2.2第1輪試驗(yàn)

（1）熱處理工藝

調(diào)質(zhì)工藝：900℃保溫3h，淬水；550℃回火3h，空冷。

（2）取樣檢測

表面硬度檢測，在調(diào)質(zhì)后的鋼管外表面任意取3點(diǎn)，HB值分別為278、270、268，表面硬度只達(dá)到技術(shù)要求的下限。

將樣件經(jīng)下料鋸床進(jìn)行截段取樣。端部空出500mm后，截取30mm厚度的圓環(huán)：①在壁厚的中線相隔120°取點(diǎn)，HB值分別為225、224、221，可見壁厚心部硬度偏低，但均勻性良好；②沿徑向由外向內(nèi)檢測了7點(diǎn)，HB值分別為275、244、237、223、226、232、255。鑒于硬度檢測不合格，未做其他檢測。

2.3第2輪試驗(yàn)

（1）熱處理工藝

采用分段加熱工藝，并增加保溫時(shí)間。調(diào)質(zhì)工藝：870℃，保溫2h，溫度升至900℃，保溫2h，出爐淬水；550℃回火4h，空冷。

（2）硬度檢測

取樣做缸管表層、中線、有里到外、由外到里的各部位的硬度檢測（見表2）。

（3）金相組織檢測

內(nèi)外表面各取1塊22mm×17mm樣塊。要求分析其試驗(yàn)柱管的內(nèi)表面及外表面，并分別向心部延伸的組織狀態(tài)。金相檢測報(bào)告顯示，內(nèi)外表面處系以回火索氏體為主的3種組織狀態(tài)、1/2處（深10mm左右）系以回火索氏體及珠光體為主的4種組織狀態(tài)、中間部位系以鐵素體及珠光體為主的4種組織狀態(tài)。

（4）分析與討論

調(diào)整了升溫保溫工藝，增加了總體保溫時(shí)間，但檢測結(jié)果顯示，此調(diào)質(zhì)工藝仍不理想。柱管心部硬度偏低；達(dá)標(biāo)淬硬層薄，徑向截面及軸向分層的硬度檢測均說明該柱管的淬硬層較淺，僅有3~5mm，且HB值僅達(dá)到技術(shù)要求的下限。5mm深度后，其硬度值下降的較快，整體硬度偏低。

根據(jù)金相組織分析，在20mm厚度內(nèi)，由表及里組織變化之快，組織種類之多，證明該鋼種的淬透性不佳。作為主導(dǎo)產(chǎn)品常用的低合金鋼，調(diào)質(zhì)處理后回火索氏體組織層較薄，說明與調(diào)質(zhì)工藝的加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻介質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)查閱的資料，奧氏體組織形成是在達(dá)到臨界溫度時(shí)瞬間（幾秒鐘）就完成了，在此溫度保溫可能使奧氏體晶粒粗大，進(jìn)而降低鋼的強(qiáng)度、硬度。

2.4第3輪試驗(yàn)

（1）熱處理工藝

調(diào)質(zhì)工藝：930℃保溫4h，出爐水淬；550℃回火4.5h，出爐空冷。

（2）硬度檢測

取樣做缸管表層，中線，有里到外，由外到里的各部位的硬度檢測見表3。

（3）力學(xué)性能檢測

平行軸向取樣9根（L=300mm），分3組，對每組按外、中、內(nèi)各層取樣，做拉伸試棒（15×20，L=300mm），進(jìn)行分層力學(xué)性能檢測，見表4.

（4）分析與討論

溫度增加沒有出現(xiàn)擔(dān)心的過燒現(xiàn)象，且取得了滿意的試驗(yàn)效果。

在第3輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取了4種不同規(guī)格的管材（準(zhǔn)351×43，準(zhǔn)475×45，準(zhǔn)395×60，準(zhǔn)245×55），L=500mm，適當(dāng)增減加熱溫度和保溫時(shí)間，分別做了試驗(yàn)，都得到了比較理想的檢測數(shù)據(jù)。

3結(jié)語

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，對于國產(chǎn)27SiMn厚壁鋼管（＞30mm）采用920～940℃，保溫3～4h，水淬；540～560℃回火3.5～4.5h，空冷的調(diào)質(zhì)工藝，基本能達(dá)到能夠達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模瑵M足硬度和強(qiáng)度要求，淬硬層較深，內(nèi)、外表面以下15mm范圍內(nèi)的硬度都在HB270～310范圍內(nèi)，靠近內(nèi)、外表面取的拉伸試樣抗拉和屈服強(qiáng)度超過1050MPa和870MPa。