異形軸感應(yīng)加熱淬火工藝

劉瑩，米佩，涂偉

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

1 序言

某異形軸在第一次齒部淬火時(shí)，出現(xiàn)齒部淬火區(qū)域硬度不合格情況。經(jīng)對(duì)不合格原因進(jìn)行分析，認(rèn)為感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理是淬火區(qū)域硬度不合格的主要原因，后對(duì)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，齒部淬火區(qū)域及硬度滿(mǎn)足技術(shù)要求。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料及技術(shù)要求

異形軸材料為42CrMo鋼，其結(jié)構(gòu)及淬火區(qū)域如圖1所示。淬火區(qū)域?yàn)閳D1中位置82mm尺寸區(qū)域，共4齒，每齒淬火部位相同，淬火區(qū)域內(nèi)要求硬度＞50HRC，硬化層深度＞5mm。

圖1 異形軸結(jié)構(gòu)及淬火區(qū)域

2.2 第一次感應(yīng)淬火試驗(yàn)

（1）感應(yīng)淬火感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù) 根據(jù)淬火部位結(jié)構(gòu)及淬火技術(shù)要求，第一次設(shè)計(jì)的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用的淬火工藝參數(shù)見(jiàn)表1。工件淬火時(shí)先加熱一段時(shí)間，待加熱到溫后工件旋轉(zhuǎn)至噴淋部位進(jìn)行冷卻。

表1 試驗(yàn)工藝參數(shù)

圖2 第一次試驗(yàn)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

（2）感應(yīng)淬火加熱情況 在試驗(yàn)過(guò)程中，采用方案一工藝進(jìn)行加熱，出現(xiàn)軸淬火區(qū)域加熱溫度不能滿(mǎn)足技術(shù)要求的情況，只有齒部尖角部位加熱溫度達(dá)到淬火溫度，兩側(cè)部位溫度未加熱，實(shí)際加熱區(qū)域如圖3所示。后延長(zhǎng)加熱時(shí)間，采用方案二工藝進(jìn)行加熱，加熱情況未有改善。說(shuō)明淬火區(qū)域溫度不足主要是因?yàn)楦袘?yīng)器結(jié)構(gòu)不合理。通過(guò)對(duì)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為雖然感應(yīng)器結(jié)構(gòu)能夠覆蓋所有需要淬火區(qū)域，但感應(yīng)器在兩側(cè)面產(chǎn)生的磁耦合效率較低，導(dǎo)致兩側(cè)面加熱溫度不足，因此為提高感應(yīng)器的加熱效率，需重新設(shè)計(jì)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)。

圖3 第一次試驗(yàn)感應(yīng)器加熱情況

2.3 第二次感應(yīng)淬火試驗(yàn)

（1）感應(yīng)器結(jié)構(gòu)改進(jìn) 對(duì)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，主要是在感應(yīng)器兩側(cè)面放置П形磁導(dǎo)體。圖4所示為導(dǎo)磁體在感應(yīng)器中的應(yīng)用。其中，圖4a所示為一個(gè)線(xiàn)圈上的電流分布；在加熱過(guò)程中，由于集膚效應(yīng)，在工件一側(cè)的表面會(huì)形成圖4b所示的電流分布；增加導(dǎo)磁體后會(huì)形成圖4c所示的電流分布，顯然此時(shí)電流被“集中”在槽口面處，從而提高了磁耦合效率[2]。改進(jìn)后的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 導(dǎo)磁體在感應(yīng)器中的應(yīng)用

圖5 改進(jìn)后感應(yīng)器

（2）感應(yīng)淬火試驗(yàn) 采用改進(jìn)后的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及方案一工藝進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，在加熱過(guò)程中，目測(cè)所要求加熱區(qū)域溫度達(dá)到淬火要求，后對(duì)淬火部位進(jìn)行淬硬層深度、硬度檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)淬火部位采用里氏硬度計(jì)進(jìn)行表面硬度檢測(cè)，表面硬度為55～57HRC，滿(mǎn)足技術(shù)要求。對(duì)淬火部位采用線(xiàn)切割進(jìn)行取樣，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后觀(guān)察試樣宏觀(guān)形貌，如圖6所示。對(duì)淬火區(qū)域進(jìn)行淬硬層深度檢測(cè)[3]，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖6 試樣宏觀(guān)形貌

表2 試樣硬度檢測(cè)結(jié)果

從表2可看出，異形軸齒部感應(yīng)淬火后，淬火區(qū)域表面硬度及淬硬層深度滿(mǎn)足技術(shù)要求，說(shuō)明在感應(yīng)器兩側(cè)增加導(dǎo)磁體后，提高了磁耦合效率，從而可明顯地提高兩側(cè)局部區(qū)域感應(yīng)加熱溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

在感應(yīng)淬火中，感應(yīng)器結(jié)構(gòu)的合理性是淬火的關(guān)鍵[4]，感應(yīng)器的設(shè)計(jì)、選用水平高低直接關(guān)系到工件的淬火質(zhì)量。如感應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，即使調(diào)整工藝參數(shù)也很難達(dá)到預(yù)想結(jié)果。在類(lèi)似異形軸齒部感應(yīng)淬火時(shí)，可以通過(guò)在感應(yīng)器兩側(cè)銅管上增加導(dǎo)磁體來(lái)提高磁耦合效率，從而得到所需的淬火質(zhì)量。