齒輪感應(yīng)淬火的作用與目的

近年來 ,隨著齒輪生產(chǎn)商對技術(shù)認識的不斷提高，帶來了多方面的改進，如低噪音、輕量化、低成本和高承載能力等，使得齒輪副在高速和大扭矩作用下產(chǎn)生少的熱量。并不是所有的齒輪都適應(yīng)感應(yīng)淬火 ,外螺旋直齒輪、蝸桿齒輪、內(nèi)齒輪、齒條和鏈齒屬于典型的感應(yīng)淬火齒輪零件。相反，錐齒輪、雙曲面齒輪和非圓形齒輪幾乎不使用感應(yīng)熱處理。淬火機床的研制為盡可能減少車軸淬火后的變形,淬火機床采用豎立式,車軸垂直放置，自身旋轉(zhuǎn),以使車軸圓周表面的加熱均勻。

與滲碳和滲氮相比，感應(yīng)淬火不要求齒輪整體加熱。通過感應(yīng)淬火，可將熱量地施加于特定的區(qū)域，使該區(qū)域產(chǎn)生所期望的相變 (例如齒廓、齒根和齒頂有選擇的硬化) ，且對其余區(qū)域的影響很小。根據(jù)應(yīng)用情況，齒部硬度范圍一般是 42～60 HRC。

齒輪感應(yīng)淬火的一個目的是在齒輪的特殊部位得到細晶的全馬氏體層 ,以提高硬度和耐磨性。 但不會使其余部分受熱處理的影響。 硬度的增強也提高了接觸疲勞強度 ,由于同時增強了硬度、耐磨性并可獲得細晶粒的馬氏體層 ,所以可以使用廉價的中高碳鋼或低合金鋼去替代較貴的高合金鋼。當用低高度感應(yīng)器加熱高度較高的圓柱齒輪時，可先加熱齒輪的中間部位，然后上下移動齒輪，使齒輪沿齒寬方向溫度均勻后即可冷卻淬火。

并非總是能夠得到全馬氏體層 ,根據(jù)鋼的品種不同 ,硬化層不可避免存在殘余奧氏體 (除非使用低溫處理) 。 對于含碳量高的鋼和鑄鐵 ,尤其如此。

齒輪感應(yīng)淬火的另外一個目的是增加齒輪表面壓應(yīng)力。這是很重要的，因為它有助于抑制裂紋的產(chǎn)生，也阻止了拉應(yīng)力引起的彎曲疲勞性能的下降。這種鋼鐵的使用 ，使它原先的顯微組織和齒輪工況 (包括載荷情況和操作環(huán)境) 決定了所需要的表面硬度、芯部硬度、硬度斷面、齒輪強度和殘余應(yīng)力分布。大型托輪軸感應(yīng)淬火的工藝分析大型托輪軸的材料為40Cr鋼，重量約900-1200kg,兩端表面淬火硬度為HRC通40~45，淬硬層深度＞0。

提升齒輪硬度的方式：感應(yīng)加熱及淬火

齒輪旋轉(zhuǎn)淬火（使用環(huán)形感應(yīng)器）

旋轉(zhuǎn)淬火是的感應(yīng)齒輪硬化方法，并且它特別適用于中等大小的齒輪。在加熱期間旋轉(zhuǎn)齒輪以確保能量的均勻分布?？梢允褂铆h(huán)繞整個齒輪的感應(yīng)器。當應(yīng)用感應(yīng)器時，有五個參數(shù)對硬度起主要作用：頻率，功率，循環(huán)時間，感應(yīng)器幾何形狀和淬火條件。通過加熱時間，頻率和功率的變化獲得的感應(yīng)淬火圖案。在受摩擦的場合，表面層還不斷地被磨損，因此對一些零件表面層提出高強度、高硬度、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有表面強化才能滿足上述要求。通常，當僅需要硬化齒尖時，應(yīng)結(jié)合較短的加熱時間來施加較高的頻率和較高的功率密度。為了硬化齒根，使用較低的頻率。

感應(yīng)淬火是一個兩步過程：加熱和淬火。兩個階段都很重要。在旋轉(zhuǎn)淬火應(yīng)用中有三種方法來淬火齒輪

1.將齒輪浸入淬火槽中。這種技術(shù)特別適用于大齒輪；

2.使用集成噴霧淬火“就地”淬火。中小型齒輪通常使用這種技術(shù)淬火；

3.使用位于感應(yīng)器下方的單獨的同心噴霧滅火塊（淬火）。淬火-蒸氣層，沸騰和對流熱傳遞的三個階段的經(jīng)典冷卻曲線不能直接應(yīng)用于噴射淬火。由于噴射淬火的性質(zhì)，兩個階段被大大抑制。同時，在對流階段期間的冷卻更嚴重。齒輪幾何形狀和轉(zhuǎn)速是在齒輪淬火期間對淬火流動和冷卻嚴重性具有顯著影響的其它因素。同樣重要的是避免感應(yīng)器和淬火系統(tǒng)相對于齒輪和齒輪擺動的偏心。即使齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪擺動將導致齒輪的特定部分在加熱期間更熱，因為不管旋轉(zhuǎn)，它將總是更靠近線圈。加熱設(shè)備頻率的選擇感應(yīng)加熱的電流透入深度與電流的頻率成反比,必須正確選擇中頻發(fā)生器設(shè)備的中頻電流頻率,以實現(xiàn)一定加熱深度的感應(yīng)加熱。除了不均勻加熱以外，擺動還引起不均勻淬火，導致額外的硬度不均勻性和齒輪形狀變形。已經(jīng)報道，使用齒輪旋轉(zhuǎn)硬化技術(shù)而不是“逐齒”或“間隙”方法在齒根內(nèi)獲得更有利的壓縮應(yīng)力。

采用同時雙頻法，頻率較低和較高同時饋入感應(yīng)器。硬化通過加熱來實現(xiàn)。正確淬火對于的旋轉(zhuǎn)硬化結(jié)果至關(guān)重要，應(yīng)該在加熱后盡快進行。時間間隙加熱和淬火可以通過使用快速CNC軸定位來化噴頭，或通過將猝熄電路集成到感應(yīng)器中。市面上鏈輪淬火的設(shè)備有很多，因今年來對環(huán)保要求的提升，鏈輪表面淬火一般也選擇環(huán)保性更強的感應(yīng)淬火設(shè)備。在此期間淬火階段齒輪的轉(zhuǎn)速降低到50rpm以下避免在與旋轉(zhuǎn)方向相反的側(cè)面上的“陰影效應(yīng)”。

許多其他因素影響自旋硬化結(jié)果。材料要硬化和其初始結(jié)構(gòu)，例如，具有決定性的影響。由于短奧氏體化時間，初始鋼結(jié)構(gòu)必須是密實的（ASTM7及以上）。非均勻的珠光體 - 鐵素體初始結(jié)構(gòu)是不合適的。初始結(jié)構(gòu)和碳含量的重要性隨模塊尺寸而增加減少。在使用過程中，軸承的磨損非常大，承受的沖擊也大，為了延長軸承的使用壽命，軸承一般都需要進行淬火，軸承高頻淬火設(shè)備增加它的強度、硬度、耐磨度。如果稍微增加的淬火畸變是可接受的，則是感應(yīng)的預淬火和回火在輪廓淬火之前可以大大提高齒輪的淬透性。

模塊尺寸是旋轉(zhuǎn)硬化的另一個關(guān)鍵因素。自旋硬化是一種通用且可靠的工藝，可以硬化齒輪，螺旋齒輪和內(nèi)齒輪與表面不規(guī)則的距離。利用獨特的感應(yīng)器解決方案可用來限制這種效果通過增強功率分布。