半軸中頻淬火工藝延長產(chǎn)品壽命的效果

韓傳懷 李步全

摘要：半軸工業(yè)產(chǎn)品的失效多數(shù)是疲勞斷裂造成的，如果半軸工業(yè)產(chǎn)品的某個(gè)區(qū)域有嚴(yán)重的缺陷或損傷，車軸就容易萌生裂紋，疲勞壽命可能很短。本文首先概述了半軸工業(yè)產(chǎn)品的失效特點(diǎn)，分析了半軸中頻淬火工藝延長產(chǎn)品壽命的效果，然后提出了相關(guān)配套措施。

關(guān)鍵詞：中頻淬火工藝;半軸工業(yè)產(chǎn)品;產(chǎn)品壽命

疲勞是材料在循環(huán)載荷作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象，無論在靜載荷下顯示脆性或韌性的材料，在疲勞斷裂時(shí)，都不會發(fā)生明顯的宏觀塑性變形【1】。由于其發(fā)生的突然性，往往導(dǎo)致災(zāi)難性的事故。在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，半軸中頻淬火工藝已用于各種裝備制造工業(yè)，其多為一次淬火，可將加熱、校正和淬火在一臺機(jī)床上完成，提高了生產(chǎn)率【2】。本文具體探討了半軸中頻淬火工藝延長疲勞工業(yè)產(chǎn)品壽命的價(jià)值，現(xiàn)報(bào)告如下。

1.半軸工業(yè)產(chǎn)品的失效特點(diǎn)分析

疲勞是材料在循環(huán)載荷作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象，在現(xiàn)代工程的各個(gè)方面，大多半軸在循環(huán)變化的載荷作用下工作，疲勞破壞是其主要的實(shí)效形式【3】。調(diào)查顯示，各種運(yùn)動(dòng)機(jī)件的破壞90%是由疲勞引起的，并且引起疲勞失效的循環(huán)載荷值往往小于安全載荷值【4】。通過具體分析，半軸工業(yè)產(chǎn)品的斷裂失效形式包括熱切和冷切，熱切本質(zhì)上是由于軸承的工作失效、發(fā)熱，導(dǎo)致半軸工業(yè)產(chǎn)品強(qiáng)度的下降，變形、縮頸、拉長、扭成錐形麻花狀而斷裂，所以熱切的原因與半軸工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量無關(guān)【5】。冷切發(fā)生的原因及其整個(gè)斷裂過程都和半軸工業(yè)產(chǎn)品本身密切相關(guān)，它本質(zhì)上是半軸工業(yè)產(chǎn)品各種質(zhì)量指標(biāo)未達(dá)到規(guī)定的要求，也包括相關(guān)的條件超過了規(guī)定的允許值，而引發(fā)裂紋的萌生、擴(kuò)展最后導(dǎo)致斷裂。這種斷裂的機(jī)理是半軸工業(yè)產(chǎn)品薄弱區(qū)域在周期載荷的作用下，疲勞積累損傷達(dá)到一定程度后，萌生了疲勞裂紋源，進(jìn)而裂紋擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂。

2.半軸中頻淬火工藝延長產(chǎn)品壽命的效果

在淬火工藝中，有學(xué)者選擇曲軸頸圓角淬火后，疲勞強(qiáng)度比正火的提高一倍。而國外低淬鋼及控制淬透性鋼已大量應(yīng)用于汽車、后橋齒輪、挖掘機(jī)齒輪、傳動(dòng)十字軸、火車車廂用滾動(dòng)軸承、汽車板簧和鐵路螺旋彈簧等，取得了比較好的效果。當(dāng)前曲軸軸頸固定加熱淬火也得到了部分推廣，其能對曲頸進(jìn)行淬火與回火，與老工藝相比，具有節(jié)能、占地面積小、工件變形小和感應(yīng)加熱爐壽命長等優(yōu)點(diǎn)【6】。

我們通過列車車軸來進(jìn)行半軸中頻淬火工藝的案例分析，車軸承受著車輛全部載荷，并在負(fù)重的條件下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，傳遞較大的扭矩和彎曲交變載荷，半軸工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量直接關(guān)系到行車安全【7】。在本文實(shí)驗(yàn)中，淬火的主要目的是使奧氏體化后的工件車軸獲得盡量多的馬氏體后，再配以不同的溫度回火獲得各種需要的組織和性能。我們熱軋管材沿縱向加工成厚度為24×24mm的條狀試樣，在不同溫度下進(jìn)行淬火處理。淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)小而成份均勻的奧氏體晶粒為原則，以保證淬火后得到細(xì)小的馬氏體組織，淬火加熱溫度主要根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)確定。我們選擇臨界點(diǎn)以上的810℃、830℃、850℃、870℃、890℃溫度作為試樣的淬火溫度。同時(shí)綜合考慮對小試樣選擇油淬火，它的主要優(yōu)點(diǎn)是低溫區(qū)的速度比水小很多，從而可以大大降低淬火工件的組織應(yīng)力，減小工件變形和開裂的傾向。

通過分析在相同的保溫時(shí)間下，850℃前淬火加熱溫度不足而呈現(xiàn)硬度隨加熱溫度上升而提高的趨勢;而在850℃以后，隨淬火加熱溫度上升而淬火硬度降低，這是因其晶粒略為增大，奧氏體化更為穩(wěn)定的原因造成的。而當(dāng)淬火溫度在810℃和830℃時(shí)得到的組織是細(xì)小的針條馬氏體和分布較為均勻的未溶碳化物，81O℃加熱的樣品中還有少量鐵素體。而在870℃和890℃得到的組織為較多的針狀和少許片狀馬氏體，且略為粗大一些，這樣會使鋼的脆性增大，且容易增大鋼件的變形和開裂傾向。

3.延長半軸產(chǎn)品壽命的其他措施

3.1?提高材質(zhì)質(zhì)量

提高半軸工業(yè)產(chǎn)品鋼的冶金質(zhì)量，需要有效地避免化學(xué)成分超標(biāo)、偏析;進(jìn)行表面處理及表面復(fù)合處理，特別是針對表面磨損大的地方采取合理的強(qiáng)化措施;選用質(zhì)量優(yōu)良的材質(zhì)，獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

3.2?降低表面粗糙度

半軸工業(yè)產(chǎn)品表面加工后，由于粗糙度的不同，而使疲勞極限有所不同。被機(jī)械加工的表面都是由粗糙度和波度構(gòu)成的連續(xù)面，如果有彎曲力的出現(xiàn)特別是應(yīng)力集中處就會逐漸擴(kuò)大谷底的V形槽深度和形狀，發(fā)展下去就是微細(xì)裂紋。為此我們需要積極降低表面粗糙度，對半軸工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行良好的養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)。改善半軸工業(yè)產(chǎn)品的使用環(huán)境，加強(qiáng)半軸工業(yè)產(chǎn)品的探傷監(jiān)測，以達(dá)到半軸工業(yè)產(chǎn)品的使用壽命【8】。

總之，為了進(jìn)一步提高半軸工業(yè)產(chǎn)品的使用壽命，我們需要完善半軸中頻淬火工藝等相關(guān)措施，并用以指導(dǎo)在半軸工業(yè)產(chǎn)品的材料生產(chǎn)和加工制造上做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉林，?溫志高，?杜建波，等.水基淬火液用于汽車輪轂軸管零件的淬火冷卻[J].熱處理，2004，19（3）：18-21.

[2]楚揚(yáng)，陳鋒.低彈高強(qiáng)近β型鈦植入材料的組織和性能研究[D].東南大學(xué)，2010：34-36.

[3]鄒雨合，尹振德.汽車輪轂軸管鍛造余熱淬火裝置的開發(fā)與應(yīng)用[J].熱加工工藝，2005，?（9）：77-78.

[4]李培躍，熊柏青，張永安，等.7050高強(qiáng)鋁合金淬火敏感性及組織特征[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)（英文版），2012，2：90-92.

[5]馮鑫濤，張振中.FEROQUENCH2000?水基淬火液在預(yù)硬化模塊上的應(yīng)用[J].大型鑄鍛件，2005，?（2）：?9-10.

[6]李必勝.水劑淬火液風(fēng)冷塔流式冷卻裝置[J].熱加工工藝，2003，（3）：63-65.

[7]Howard?RD.?M?membrane?Separation?of?Polymer?Quench?ants?[J].Metal?Heat?Treating，2014，（9-10）：22-28.

[8]李慎蘭，黃志其，陳維.6351鋁合金的淬火敏感性[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)（英文版），2013，1（33）：101-103.