手持式捆扎機(jī)觀被越來越多的行業(yè)廣泛使用在產(chǎn)品包裝工序上，冶金行業(yè)就是其中之一。目前，在鋼廠、冶煉廠等企業(yè)，利用手持式捆扎機(jī)對各種規(guī)格的金屬材料如管材、棒材、板材、卷材和有色金屬坯錠等進(jìn)行包裝。張緊輪是手持式捆扎機(jī)的關(guān)鍵零部件，作用是將包裝用鋼帶在瞬間拉緊，捆住金屬材料產(chǎn)品。服役條件主要是承受壓力、摩擦力、沖擊力等多種交變力的作用，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響整機(jī)的使用壽命。
文中對國產(chǎn)和進(jìn)口2種張緊輪在生產(chǎn)現(xiàn)場上進(jìn)行了工藝試驗，從材料選用、金相組織、磨損表面形貌等方面做了對比分析和研究。
1 試驗方法
在某鋼廠小型材車間使用K-19A型手持式捆扎機(jī)2臺，分別安裝國產(chǎn)張緊輪Ⅰ和進(jìn)口張緊輪Ⅱ各3組。捆扎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：牽引力≥2600N，張緊輪轉(zhuǎn)數(shù)≥50r／min；捆扎完成時間≤8s。包裝用鋼帶寬度和厚度為19mm×0.6mm符合GB4173標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對Φ40無縫鋼管進(jìn)行包裝，捆扎成品外徑為≥Φ500mm。按試驗規(guī)范進(jìn)行試驗，試驗至張緊輪失效為止，將使用壽命列入表1。
從表1可以看出，Ⅰ樣機(jī)的張緊輪平均使用壽命為1.87萬次，Ⅱ樣機(jī)的張緊輪平均使用壽命為6.11萬次。進(jìn)口張緊輪的使用壽命是國產(chǎn)張緊輪的3倍以上。
2 試驗結(jié)果與分析
2．1 材質(zhì)
在瑞士ARL光譜儀上，對國產(chǎn)、進(jìn)口的張緊輪進(jìn)行了材質(zhì)分析，測得的主要化學(xué)成分見表2。
從表2中可見，國產(chǎn)張緊輪的材料為GCr15鉻軸承鋼，進(jìn)口張緊輪的材料為20CrNiMo滲碳鋼。
2．2 硬度
國產(chǎn)張緊輪的硬度測試是在HR-150型洛氏硬度計上進(jìn)行的。測試結(jié)果：第1個試樣3點硬度分別為60.5、60、61HRC；第2個試樣為60.5、61.5、61HRC；第3個試樣為59、60、60HRC。均值為60.4HRC。
進(jìn)口張緊輪硬度測試是利用HXD-1000型顯微硬度計。由表層至心部每隔0.05mm間距測試一點，測量力為200g，保時為1.5s。測得的硬度梯度數(shù)值見表3。
從表3可見，在表層最外一點測試的表面硬度為593HV，該點是表面滲層硬度值。第8、9點測試的硬度均為386HV，說明該處是非滲層硬度值。
2．3 金相組織
國產(chǎn)張緊輪使用的材料為高碳鉻軸承鋼，經(jīng)淬火和回火后具有高而均勻的硬度，良好的耐磨性和高的接觸疲勞壽命，但有回火脆性傾向（見圖1）。而進(jìn)口張緊輪使用的材料為20CrNiMo滲碳鋼，它具有良好的塑性、韌性和強(qiáng)度，經(jīng)滲碳、二次淬火和回火后表面具有高的硬度、高的疲勞強(qiáng)度、心部具有高沖擊韌性（見圖2和表3）。其特點是接觸疲勞強(qiáng)度與表面耐磨性能明顯優(yōu)于高碳鉻軸承鋼GCr15。
2．4 磨損表面形貌
在JXA-840型掃描電子顯微鏡上，對兩種張緊輪分別進(jìn)行了微觀分析，見圖3。圖3a為進(jìn)口張緊輪磨損后的表面形貌，呈現(xiàn)出局部剝落坑，磨損機(jī)制主要是疲勞磨損。圖3b為國產(chǎn)張緊輪磨損后的表面形貌，呈現(xiàn)出大面積、較深的剝落坑，伴有細(xì)小的疲勞裂紋，磨損機(jī)制也是以疲勞磨損為主。很顯然，國產(chǎn)張緊輪的磨損速率明顯高于進(jìn)口產(chǎn)品。
2．5 分析
國產(chǎn)和進(jìn)口的張緊輪在相同工況下，使用壽命相差3倍之多，除機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計外（本文不作介紹），更主要是因材料選擇和熱加工工藝不同而產(chǎn)生的。
雖然，兩種材料的張緊輪分別經(jīng)熱處理后都各自達(dá)到所要求的金相組織和硬度。但其綜合性能卻存在著差異。20CrNiMo鋼的張緊輪經(jīng)滲碳、淬火后得到理想的綜合性能，滿足了特定工況的使用要求。而GCr15鋼的張緊輪抗沖擊性能較弱，易產(chǎn)生疲勞微裂紋，所以使用壽命相對較短。
從兩種張緊輪磨損后表面形貌微觀分析可知，其主要磨損機(jī)制相同均為疲勞磨損。但磨損后表面形貌差異較大，主要原因是因為進(jìn)口張緊輪采用的材料為20CrNiMo滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火和回火熱處理后，表面得到強(qiáng)化處理，改變了組織結(jié)構(gòu)，有利于降低疲勞磨損的磨損率。
3 結(jié) 語
對兩種材料加工的張緊輪，在同一生產(chǎn)現(xiàn)場使用的結(jié)果分析認(rèn)為：（1）在材料選用時，應(yīng)選擇綜合性能與其服役工況相符合的材料；（2）選用20CrNiMo鋼加工的張緊輪，使用壽命比用GCr15鋼提高3倍之多。