手持式捆扎機被越來越多的行業廣泛使用在產品包裝工序上，冶金行業就是其中之一。目前，在鋼廠、冶煉廠等企業，利用手持式捆扎機對各種規格的金屬材料如管材、棒材、板材、卷材和有色金屬坯錠等進行包裝。張緊輪是手持式捆扎機的關鍵零部件，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，其質量的優劣直接影響整機的使用壽命。

    文中對國產和進口2種張緊輪在生產現場上進行了工藝試驗，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2臺，分別安裝國產張緊輪Ⅰ和進口張緊輪Ⅱ各3組。捆扎機主要技術參數：牽引力≥2600N，張緊輪轉數≥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標準規定。對Φ40無縫鋼管進行包裝，捆扎成品外徑為≥Φ500mm。按試驗規范進行試驗，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樣機的張緊輪平均使用壽命為1.87萬次，Ⅱ樣機的張緊輪平均使用壽命為6.11萬次。進口張緊輪的使用壽命是國產張緊輪的3倍以上。

2 試驗結果與分析

2．1 材質

    在瑞士ARL光譜儀上，對國產、進口的張緊輪進行了材質分析，測得的主要化學成分見表2。

    從表2中可見，國產張緊輪的材料為GCr15鉻軸承鋼，進口張緊輪的材料為20CrNiMo滲碳鋼。

2．2 硬度

    國產張緊輪的硬度測試是在HR-150型洛氏硬度計上進行的。測試結果：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

     國產張緊輪使用的材料為高碳鉻軸承鋼，經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、韌性和強度，經滲碳、二次淬火和回火后表面具有高的硬度、高的疲勞強度、心部具有高沖擊韌性（見圖2和表3）。其特點是接觸疲勞強度與表面耐磨性能明顯優于高碳鉻軸承鋼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行了微觀分析，見圖3。圖3a為進口張緊輪磨損后的表面形貌，呈現出局部剝落坑，磨損機制主要是疲勞磨損。圖3b為國產張緊輪磨損后的表面形貌，呈現出大面積、較深的剝落坑，伴有細小的疲勞裂紋，磨損機制也是以疲勞磨損為主。很顯然，國產張緊輪的磨損速率明顯高于進口產品。

2．5 分析

    國產和進口的張緊輪在相同工況下，使用壽命相差3倍之多，除機械結構設計外（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生的。
  
    雖然，兩種材料的張緊輪分別經熱處理后都各自達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，主要原因是因為進口張緊輪采用的材料為20CrNiMo滲碳鋼，經滲碳、淬火和回火熱處理后，表面得到強化處理，改變了組織結構，有利于降低疲勞磨損的磨損率。

3 結 語

     對兩種材料加工的張緊輪，在同一生產現場使用的結果分析認為：（1）在材料選用時，應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。