大型內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火裂紋研究與改善

■ 葉小飛，易亮，朱百智

感應(yīng)加熱淬火與傳統(tǒng)普通淬火相比，具有工藝簡單，工件變形小，高效節(jié)能環(huán)保，以及易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，成為一種常用的表面熱處理技術(shù)。內(nèi)齒圈作為風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，常采用感應(yīng)淬火硬化方式進(jìn)行加工。但隨著齒圈模數(shù)的增大，既要滿足隨之增加的有效硬化層深度，又要預(yù)防裂紋，難度相當(dāng)高。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，部分大型內(nèi)齒圈的感應(yīng)淬火裂紋問題，導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失及交貨期延遲。本文通過優(yōu)化感應(yīng)淬火工藝，解決了裂紋問題，穩(wěn)定了質(zhì)量。

1. 大型內(nèi)齒圈技術(shù)參數(shù)

內(nèi)齒圈加工技術(shù)要求見表1。

2. 裂紋影響因素

感應(yīng)淬火裂紋的主要質(zhì)量影響因素包括：原材料、預(yù)備熱處理、銑齒和感應(yīng)淬火工藝等方面。例如材料的淬透性，成分偏析，預(yù)備熱處理組織狀態(tài)，以及銑齒工序齒部余量的分配等，都在一定程度上影響著感應(yīng)淬火質(zhì)量穩(wěn)定性。感應(yīng)淬火工藝主要影響因素有加熱速度、淬冷烈度、淬火溫度等。本文著重通過調(diào)節(jié)加熱功率、掃描速度、噴淋流量等工藝參數(shù)來優(yōu)化感應(yīng)淬火工藝，降低淬火過程中的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力導(dǎo)致的淬火裂紋。

表1 內(nèi)齒圈加工技術(shù)要求

3. 工藝參數(shù)優(yōu)化

（1）參數(shù)優(yōu)化 為降低裂紋風(fēng)險(xiǎn)，工藝優(yōu)化思路如下：減緩加熱速度可以減少淬硬層的溫度差，避免次表層過熱導(dǎo)致晶間強(qiáng)度降低形成微裂紋，以及減小次表層后發(fā)生轉(zhuǎn)變體積膨脹產(chǎn)生的組織應(yīng)力；淬冷烈度降低，使得零件在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)緩冷，獲得比體積均勻一致的馬氏體組織；降低淬火溫度，以降低隨后淬火冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力及組織應(yīng)力。

優(yōu)化方案：如前所述，在滿足感應(yīng)淬火層深技術(shù)要求的前提下，可通過降低加熱功率、掃描速度、噴淋流量，以及延遲淬火時(shí)間等方法對(duì)感應(yīng)淬火工藝進(jìn)行優(yōu)化，以解決齒圈裂紋問題。工藝參數(shù)優(yōu)化見表2。

（2）生產(chǎn)驗(yàn)證 對(duì)優(yōu)化的A、B、C、D四組工藝進(jìn)行小批量實(shí)踐生產(chǎn)驗(yàn)證，結(jié)果見表3。在優(yōu)化工藝的小批量實(shí)踐生產(chǎn)中，前面三組A、B、C三種工藝依然發(fā)現(xiàn)有齒圈開裂，磁痕顯示如附圖所示。

而第D組工藝在小批量試生產(chǎn)未發(fā)生齒圈裂紋現(xiàn)象。后續(xù)采用該優(yōu)化的D工藝生產(chǎn)了36件齒圈，未發(fā)現(xiàn)齒圈裂紋。小批量生產(chǎn)結(jié)果表明，優(yōu)化的感應(yīng)淬火工藝（功率降低24%、掃描速度降低25%，噴淋流量降低15%，淬火延遲8s），降低了齒圈的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

表2 大型內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火工藝方案

表3 大型內(nèi)齒圈感應(yīng)淬火小批量實(shí)踐生產(chǎn)結(jié)果

4. 推廣應(yīng)用

優(yōu)化后的工藝已推廣應(yīng)用于數(shù)千件齒圈，未發(fā)生開裂情況，感應(yīng)淬火齒圈質(zhì)量可靠性得到提高。

大齒圈裂紋磁痕顯示圖

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