車軸感應(yīng)淬火技術(shù)的發(fā)展

車軸是機(jī)車車輛中的部件之一,它直接關(guān)系到鐵道車輛行車安全。從19世紀(jì)中到20世紀(jì)初,各國(guó)對(duì)車軸的疲勞斷裂進(jìn)行了大量的研究,如科學(xué)家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸車軸進(jìn)行車軸疲勞斷裂的研究,日本也對(duì)實(shí)物車軸進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。對(duì)車軸疲勞強(qiáng)度和疲勞斷裂機(jī)理已研究很清楚,但鐵路車輛車軸疲勞斷裂依然存在。4、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)省勞動(dòng)力與環(huán)保：采用低誶透性鋼制造齒輪等零件，用感應(yīng)淬火，它首先是鋼材無(wú)合金元素，節(jié)省了材料費(fèi)用，感應(yīng)加熱是局部加熱淬火，時(shí)間短，因此大大節(jié)能。例如,在俄羅斯僅1993年在運(yùn)用的220～250萬(wàn)根車軸中,因疲勞裂紋而報(bào)廢的就達(dá)6800根。法國(guó)在高速鐵路系統(tǒng)的定期檢修中,將輪座磨去0.5mm深,以防止再次裂紋萌生。在日本新干線使用的所有車軸,運(yùn)行 45萬(wàn)公里后,用磁粉探傷儀進(jìn)行檢查,每年進(jìn)行磁粉探傷的車軸總數(shù)約2萬(wàn)根。隨著高速鐵路在世界各國(guó)的興起和不斷發(fā)展,對(duì)車軸的安全使用性能提出了更高的要求。強(qiáng)化車軸表面,是提高車軸斷裂的重要措施。無(wú)論是法國(guó)、日本還是德國(guó)對(duì)高速運(yùn)行下的車軸都進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用,日本、法國(guó)均采用低碳鋼制造車軸,并進(jìn)行表面感應(yīng)淬火處理。日本新干線的使用結(jié)果表明,這種車軸經(jīng)表面感應(yīng)淬火后,克服了車軸的斷裂,確保了行車安全。車軸材料我國(guó)的機(jī)車、車輛均采用碳素鋼車軸,縱觀總體情況,應(yīng)該說(shuō)碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。對(duì)于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼,我國(guó)還沒有成熟的技術(shù)。由于各國(guó)的國(guó)情不同 ,技術(shù)觀點(diǎn)不同 ,選用的車軸材料不盡相同,但都屬于低碳鋼范疇。

感應(yīng)淬火低碳鋼車軸表面采用感應(yīng)淬火是提高其疲勞壽命為經(jīng)濟(jì)而有效的方法。凸輪感應(yīng)器有時(shí)采用雙孔串聯(lián)，主要是為了利用變頻電源的功率，一般凸輪軸的軸頸數(shù)量少（如3個(gè)），而加熱表面積大，凸輪則數(shù)量多（如8個(gè)）而加熱面積小。日本對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究 ,并成功地運(yùn)用在高速鐵路上。日本新干線在這方面工作早在 1948年就開始了 ,碳素鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 ,再沿車軸縱向進(jìn)行表面感應(yīng)加熱淬火 ,在淬硬層內(nèi)獲得非常細(xì)的馬氏體組織 ,使其表面硬度顯著增加。

齒輪聯(lián)軸器感應(yīng)加熱淬火的工藝研究

鼓形齒輪聯(lián)軸器在高速、重載機(jī)械上得到廣泛應(yīng)用，具有無(wú)軸向竄動(dòng)、傳動(dòng)平衡、沖擊振動(dòng)和噪聲小的特點(diǎn)，但加工工藝過(guò)程比較復(fù)雜，原熱處理花鍵采用滲氮處理。

為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，對(duì)齒輪聯(lián)軸器進(jìn)行了感應(yīng)淬火處理的測(cè)試。測(cè)試采用數(shù)控感應(yīng)淬火機(jī)床，淬火感應(yīng)器與工件之間間隙均勻，采用掃描淬火的方式進(jìn)行.淬火后工件的內(nèi)花鍵，外鼓形齒硬度均符合技術(shù)要求，對(duì)內(nèi)花鍵、外鼓形齒進(jìn)行了裂紋檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂紋。對(duì)感應(yīng)淬火后齒輪聯(lián)軸器內(nèi)花鍵、外鼓形齒進(jìn)行變形檢測(cè)，變形較小，符合技術(shù)要求。有效硬化層深度，均滿足技術(shù)要求。金相組織檢驗(yàn)屬于細(xì)馬氏體，組織級(jí)別符合標(biāo)準(zhǔn)要求。相對(duì)于滲碳工藝相比，可以縮短生產(chǎn)周期，并且可以提升生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)成本。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是銷軸淬火設(shè)備熱處理效果好，詳細(xì)的就要從多方面來(lái)比較了。

汽車花鍵軸感應(yīng)加熱淬火與回火

不少花鍵軸類零件采用感應(yīng)加熱表面淬火，取代傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理，可以減少能源消耗。但是，現(xiàn)在大多數(shù)花鍵軸感應(yīng)加熱后仍然采用在爐子中進(jìn)行低溫回火的工藝。實(shí)際上,花鍵軸感應(yīng)加熱中有熱量傳入其心部,利用這一部分熱量對(duì)表面淬火層進(jìn)行自身回火,取消爐子低溫回火是完全可能的。目前可滿足設(shè)計(jì)上80%齒寬高符合工藝要求，這一點(diǎn)也是未來(lái)需要改進(jìn)和克服的地方。

淬火噴水冷卻過(guò)程停止后，零件表面經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才達(dá)到溫度。我們一般所指的自身回火溫度就是指這個(gè)溫度。自身回火過(guò)程不是在恒定的溫度，而是在某一溫度范圍內(nèi)，可持續(xù)幾分鐘。多數(shù)花鍵軸要求硬度范圍在HRC48至58之間，傳統(tǒng)常采用爐中回火的工藝。

花鍵軸感應(yīng)加熱淬火層的殘余應(yīng)力分布與一般軸類零件不同。由于在花鍵部位 有拉伸殘余應(yīng)力存在，特別是花鍵接近根部處達(dá)到值，往往造成花鍵開裂。 為了減少花鍵部有害的拉伸殘余應(yīng)力，提高自身回火溫度是有好處的。考慮到花鍵部要求耐磨，應(yīng)該保持相當(dāng)高的硬度，當(dāng)回火溫度在250至300攝氏度之間時(shí)，由于馬氏體析出高度彌散的碳化物，馬氏體比容減少。因此，我們選定花鍵軸自身回火溫度為250至270攝氏度，花鍵部位的殘余應(yīng)力接近于零，可 以有效地防止花鍵開裂?；ㄦI軸由爐中回火改為回火，質(zhì)量穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過(guò)花鍵開裂的質(zhì)量問題，且減少了設(shè)備負(fù)荷，節(jié)省了電能。齒輪淬火機(jī)器的工藝方法：采用快速加熱與立即冷卻相結(jié)合的方式，通過(guò)快速加熱，使待加工鋼件表面達(dá)到淬火溫度，不等熱量傳到心部即迅速冷卻，僅使表層淬硬為馬氏體，心部仍為未淬火的原來(lái)塑性、韌性較好的退火，（或正火及調(diào)質(zhì)）組織。

依據(jù)汽車行業(yè)工件的特點(diǎn)，感應(yīng)研制了針對(duì)汽車軸類、齒輪齒圈類、等速萬(wàn)向節(jié)鐘型殼類、輪轂軸承類、等速萬(wàn)向節(jié)三柱槽殼類零件的感應(yīng)淬火及回火。點(diǎn)擊了解更多汽車行業(yè)零件熱處理的解決方案。

齒輪旋轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火技術(shù)

齒輪旋轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火可分為兩種主要方法：通過(guò)硬化和輪廓硬化。種方法 - 主要用于齒輪高磨損 - 齒周邊采用低硬化比功率。但是，如果頻率太低，則存在溫度感應(yīng)渦流流動(dòng)，并且溫度在齒中滯后。淬火是通過(guò)浸沒或噴霧，以實(shí)現(xiàn)齒和根圓之間均勻的溫度。全硬化后的回火用于工件防裂。軸承高頻淬火設(shè)備加熱速度極快，淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，采用感應(yīng)加熱原理，符合現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的理念，操作間也更加清潔、安全。

輪廓硬化分為單頻和雙頻過(guò)程，也實(shí)現(xiàn)了奧氏體化在單一加熱中，或通過(guò)將齒輪預(yù)加熱至550-750℃  加熱之前硬化溫度。預(yù)熱的目的是充分達(dá)到在終加熱期間在根圓中的高奧氏體化溫度，沒有過(guò)熱的齒。短加熱時(shí)間和高比功率通常需要實(shí)現(xiàn)在不規(guī)則距離處的硬化輪廓齒面?；ㄦI軸類零件在使用中承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和滑動(dòng)摩擦，所以需要具有較高的表面硬度和抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

雙頻過(guò)程使用單獨(dú)或同時(shí)的頻率。使用單獨(dú)的頻率實(shí)現(xiàn)類似于情況的硬化曲線硬化。該過(guò)程一個(gè)接一個(gè)地應(yīng)用兩個(gè)不同的頻率齒輪。齒以低頻率被預(yù)熱至550-750℃的頻率應(yīng)該使得在根圓區(qū)域中發(fā)生預(yù)熱。短延遲，使用較高頻率和比功率實(shí)現(xiàn)奧氏體化。準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是必不可少的，因?yàn)榧訜釙r(shí)間是測(cè)量的在這個(gè)終加熱階段中的十分之幾秒或秒。感應(yīng)淬火可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線生產(chǎn)，這樣節(jié)省了勞動(dòng)力，無(wú)油污、無(wú)有害氣體排放，更加保護(hù)環(huán)境。