小直徑導(dǎo)向軸感應(yīng)淬火工藝實(shí)例

張磊，米佩，卜侃侃

1.寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 寧夏石嘴山 753001

2.寧夏天地重型裝備科技有限公司 寧夏石嘴山 753001

1 序言

某礦用輸送機(jī)中關(guān)鍵零部件導(dǎo)向軸在使用過程中，φ78mm及φ42mm外圓會(huì)頻繁與輪架表面發(fā)生磨損，為提高導(dǎo)向軸的使用壽命，需要對(duì)接觸磨損部位進(jìn)行感應(yīng)淬火處理。受軸結(jié)構(gòu)及加工工藝限制，在使用過程中對(duì)軸外圓淬硬層深度要求進(jìn)行精確控制，為確保淬硬層深度及硬度要求，需對(duì)軸進(jìn)行感應(yīng)淬火試驗(yàn)，以確定最終的淬火工藝參數(shù)。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料及技術(shù)要求

導(dǎo)向軸材料為40Cr鋼，結(jié)構(gòu)如圖1所示，要求φ78mm及φ42mm外圓感應(yīng)淬火，硬度55～60HRC，淬硬層深度在3～4mm，變形＜0.1mm，因軸工藝順序?yàn)楦袘?yīng)淬火后加工槽部位，所以淬硬層深度必須保證在4mm以下，避免后序槽部位加工困難。

圖1 淬火導(dǎo)向軸結(jié)構(gòu)

2.2 試驗(yàn)過程及參數(shù)

使用感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，感應(yīng)器與淬火表面單邊間隙3～3.5mm。感應(yīng)淬火工藝參數(shù)見表1。生產(chǎn)試驗(yàn)中，φ78mm外圓試驗(yàn)2件，φ42mm外圓試驗(yàn)1件，淬火冷卻介質(zhì)濃度7%，溫度25℃，工件旋轉(zhuǎn)速度40r/min。圖3、圖4為φ78mm外圓感應(yīng)加熱示意，圖5為φ42mm外圓感應(yīng)加熱示意。

圖2 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

圖3 方案1

圖4 方案2

圖5 方案3

表1 淬火工藝參數(shù)

對(duì)試驗(yàn)加熱過程進(jìn)行觀察，采用方案1工藝參數(shù)進(jìn)行加熱后，表面溫度達(dá)到900℃左右，但加熱深度不是很均勻，目測(cè)加熱深度在2.5～3mm。采用方案2工藝參數(shù)進(jìn)行加熱后，表面溫度達(dá)到950℃左右，目測(cè)加熱深度均勻，達(dá)到4mm左右。采用方案3工藝參數(shù)進(jìn)行加熱后，表面溫度達(dá)到950℃左右，目測(cè)加熱深度均勻，達(dá)到4.5～5mm。φ78mm外圓在加熱11s后，每增加1s，淬硬層深度增加1mm，目測(cè)淬硬層深度是否可靠，需要后續(xù)進(jìn)行切片解剖確認(rèn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 變形檢測(cè)

對(duì)淬火后的導(dǎo)向軸進(jìn)行變形檢測(cè)，淬火前后尺寸見表2，軸變形規(guī)律為脹大0.02～0.05mm，滿足變形＜0.1mm的技術(shù)要求。

表2 變形情況 （mm）

3.2 淬硬層深度檢測(cè)

對(duì)淬火后導(dǎo)向軸進(jìn)行淬硬層深度檢測(cè)，采用線切割方式進(jìn)行取樣，圖6所示為φ78mm外圓采用方案1工藝參數(shù)，淬火試樣經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后淬硬層深度宏觀狀態(tài)，試樣尺寸為長(zhǎng)45mm×深8mm。此種取樣方法可檢測(cè)淬硬層深度和淬火長(zhǎng)度[1]。圖7所示為φ78mm外圓采用方案2工藝參數(shù)，淬火后淬硬層深度宏觀狀態(tài)，僅可檢測(cè)淬硬層深度。圖8所示為φ42mm外圓采用方案3工藝參數(shù)淬火后，試樣淬硬層深度宏觀狀態(tài)，硬度、淬硬層深度檢測(cè)方法為從表面開始，每隔0.5mm檢測(cè)一個(gè)硬度值，具體檢測(cè)結(jié)果見表3。

圖6 φ78mm外圓淬硬層

圖7 φ78mm外圓淬硬層

圖8 φ42mm外圓淬硬層

表3 淬硬層深度及硬度結(jié)果

對(duì)淬硬層深度、硬度結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)合圖6、圖7及表3結(jié)果可以看出，雖然φ78mm外圓采用方案1工藝參數(shù)淬火后，淬硬層深度為2mm，淬火長(zhǎng)度為整個(gè)截面，長(zhǎng)度方向均淬火，但淬硬層深度仍不滿足技術(shù)要求。φ78mm外圓采用方案2工藝參數(shù)淬火后，淬硬層深度為3.5mm，滿足技術(shù)要求。結(jié)合圖8及表3結(jié)果可以看出，φ42mm外圓采用方案3工藝參數(shù)淬火后，淬硬層深度為4mm。對(duì)比切片淬硬層深度檢測(cè)結(jié)果與加熱時(shí)目測(cè)淬硬層深度，基本規(guī)律為實(shí)際淬硬層深度小于目測(cè)深度0.5～1mm。

4 結(jié)束語

1）在頻率為1.5～2kHz時(shí)，針對(duì)φ78mm、φ42mm的小直徑軸，通過精準(zhǔn)控制加熱時(shí)間，能夠獲得所需要的淬硬層深度及硬度，且工件變形較小。

2）通過采用目測(cè)法觀察淬硬層深度，在實(shí)際生產(chǎn)中有一定的參考性，且針對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者，基本誤差可控制在1mm以內(nèi)。但要想得到較為精準(zhǔn)的結(jié)果，還需采用實(shí)體切片破壞檢測(cè)淬火區(qū)域及淬硬層深度。