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外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺

时间：2020-01-24 浏览：0次

　某外花键轴直径为390mm，内孔有效壁厚为40mm，内孔要求淬火后变形＜0.1mm，使用额定功率为250kW中频电源进行感应加热淬火，因花键直径较大，需要对花键部位进行预热后再加热淬火，因预热、淬火加热时产生大量的热量，内孔不喷淋冷却温度达到500℃，为了减少内孔变形，在淬火过程中对内孔进行喷淋冷却，从而减少了内孔变形量。
　　为了提高轴端面耐磨性，需要对轴圆周方向端面进行感应加热淬火，原工艺方法采用整个端面感应加热淬火方法，感应器结构覆盖整个被加热端面，此种方法感应器制作成本高，感应器较重，随着淬火直径的变化，感应器通用性较差。为了避免以上不足，对感应淬火方法进行改进，改为端面扫描淬火方法。

　　一、试验材料及方法

　　1.试验材料及技术要求

　　外花键轴结构简如下图1，技术要求如下：

　　（1）φ390外花键淬火，花键硬度42～47HRC，硬化层深度＞1mm，内孔变形＜0.05mm。

　　（2）400mm尺寸右端面淬火处理，硬度45～50HRC。

图1 外花键轴结构

　　2.试验参数及方法

　　选择设备额定功率为250kW，使用感应器结构如图2、图3所示。

图2 外花键感应器

图3 端面扫描感应器

　　说明：因前期试验中内孔未喷冷却水，所以图2试验件内孔已发黑。

　　（1）外花键感应淬火试验方法

　　采用图2所示感应器对外花键进行感应加热淬火，淬火工艺参数见表1，淬火过程中对内孔进行喷淋冷却。即在感应加热过程中单独拿出一路冷却水对内孔进行冷却，冷却部位随着感应器的移动进行移动，以确保外花键加热时内孔传递的热量能够通过内孔冷却及时地消除，加热过程中测量内孔部位温度，*高为150℃。

表1 外花键淬火工艺参数
外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺

　　（2)轴端面感应淬火试验方法

　　采用图3所示感应器结构对端面进行感应加热淬火，从结构可以看出，此种感应器优点是结构简单，制作成本较低，重量轻，便于操作，且对于淬火区域只与淬火长度有关，不受淬火直径变化的影响。端面淬火采用工艺参数见表2。

表2 端面淬火工艺参数
外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺

　　二、试验结果与分析

　　（1）外花键感应淬火试验结果与分析

　　对外花键采用里氏硬度计进行硬度检测，齿顶表面硬度为43.0～47.1HRC。对花键部位采用线切割进行取样，经4%硝酸酒精腐蚀后结果如图4所示，对齿根部位进行显微硬度检测，结果如图5所示。

图4 外花键轴感应淬火后切片宏观图片
外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺

图5 外花键齿根部位显微硬度趋势

　　从图4、图5检测结果得出，外花键感应淬火后花键表面硬度满足技术要求42～47HRC，齿根部位硬化层深度为1.2mm，符合技术要求＞1mm。检测内孔尺寸为φ290.06mm（热前尺寸为φ290.0mm²），说明内孔喷冷却后尺寸满足图样要求。

　　（2）轴端面感应淬火结果与分析

　　采用方案一工艺参数淬火时，因加热功率过大，感应器加热2s后感应器烧化，未能完成淬火；采用方案二工艺参数淬火时，因感应器与端面之间间隙大，加热时端面温度达不到淬火温度，淬火后检测硬度30HRC，不符合技术要求；采用方案三工艺参数进行淬火后，检测淬火区域硬度45～50HRC，符合技术要求。*终确定了淬火工艺为：加热功率设定为70%（实际功率为75kW），感应器与工件端面之间间隙为2mm，感应器前端与工件淬火部位内孔端面齐平，加热时间为停止加热2s后工件开始旋转，旋转速度为10r/min。

　　三、结语

　　（1）通过在感应加热过程中单独拿出一路冷却水对内孔进行冷却的方法，减小工件淬火变形，确保了内孔尺寸的稳定性。
　　（2）采用扫描淬火方法，感应器优点是结构简单，制作成本低，重量轻，便于操作者进行操作，且对于淬火区域只与淬火长度有关，不受淬火直径变化的影响，通用性强。
　　（3）对于截面较小的感应器在加热过程中需严格控制加热功率，避免感应器在使用过程中发生损坏。

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