車軸感應淬火技術的發(fā)展

車軸是機車車輛中的部件之一,它直接關系到鐵道車輛行車安全。從19世紀中到20世紀初,各國對車軸的疲勞斷裂進行了大量的研究,如科學家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸車軸進行車軸疲勞斷裂的研究,日本也對實物車軸進行了大量的試驗研究。對車軸疲勞強度和疲勞斷裂機理已研究很清楚,但鐵路車輛車軸疲勞斷裂依然存在。4、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)省勞動力與環(huán)保：采用低誶透性鋼制造齒輪等零件，用感應淬火，它首先是鋼材無合金元素，節(jié)省了材料費用，感應加熱是局部加熱淬火，時間短，因此大大節(jié)能。例如,在俄羅斯僅1993年在運用的220～250萬根車軸中,因疲勞裂紋而報廢的就達6800根。法國在高速鐵路系統(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,運行 45萬公里后,用磁粉探傷儀進行檢查,每年進行磁粉探傷的車軸總數(shù)約2萬根。隨著高速鐵路在世界各國的興起和不斷發(fā)展,對車軸的安全使用性能提出了更高的要求。強化車軸表面,是提高車軸斷裂的重要措施。無論是法國、日本還是德國對高速運行下的車軸都進行了大量的研究和應用,日本、法國均采用低碳鋼制造車軸,并進行表面感應淬火處理。日本新干線的使用結果表明,這種車軸經(jīng)表面感應淬火后,克服了車軸的斷裂,確保了行車安全。車軸材料我國的機車、車輛均采用碳素鋼車軸,縱觀總體情況,應該說碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。對于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼,我國還沒有成熟的技術。由于各國的國情不同 ,技術觀點不同 ,選用的車軸材料不盡相同,但都屬于低碳鋼范疇。

感應淬火低碳鋼車軸表面采用感應淬火是提高其疲勞壽命為經(jīng)濟而有效的方法。凸輪感應器有時采用雙孔串聯(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），而加熱表面積大，凸輪則數(shù)量多（如8個）而加熱面積小。日本對此進行了詳細的試驗研究 ,并成功地運用在高速鐵路上。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)質處理后 ,再沿車軸縱向進行表面感應加熱淬火 ,在淬硬層內(nèi)獲得非常細的馬氏體組織 ,使其表面硬度顯著增加。

齒輪聯(lián)軸器感應加熱淬火的工藝研究

鼓形齒輪聯(lián)軸器在高速、重載機械上得到廣泛應用，具有無軸向竄動、傳動平衡、沖擊振動和噪聲小的特點，但加工工藝過程比較復雜，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)品質量的前提，對齒輪聯(lián)軸器進行了感應淬火處理的測試。測試采用數(shù)控感應淬火機床，淬火感應器與工件之間間隙均勻，采用掃描淬火的方式進行.淬火后工件的內(nèi)花鍵，外鼓形齒硬度均符合技術要求，對內(nèi)花鍵、外鼓形齒進行了裂紋檢測，未發(fā)現(xiàn)裂紋。對感應淬火后齒輪聯(lián)軸器內(nèi)花鍵、外鼓形齒進行變形檢測，變形較小，符合技術要求。有效硬化層深度，均滿足技術要求。金相組織檢驗屬于細馬氏體，組織級別符合標準要求。相對于滲碳工藝相比，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。簡單的說就是銷軸淬火設備熱處理效果好，詳細的就要從多方面來比較了。

汽車花鍵軸感應加熱淬火與回火

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

淬火噴水冷卻過程停止后，零件表面經(jīng)過一定時間才達到溫度。我們一般所指的自身回火溫度就是指這個溫度。自身回火過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。

花鍵軸感應加熱淬火層的殘余應力分布與一般軸類零件不同。由于在花鍵部位 有拉伸殘余應力存在，特別是花鍵接近根部處達到值，往往造成花鍵開裂。 為了減少花鍵部有害的拉伸殘余應力，提高自身回火溫度是有好處的?？紤]到花鍵部要求耐磨，應該保持相當高的硬度，當回火溫度在250至300攝氏度之間時，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，花鍵部位的殘余應力接近于零，可 以有效地防止花鍵開裂。花鍵軸由爐中回火改為回火，質量穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過花鍵開裂的質量問題，且減少了設備負荷，節(jié)省了電能。齒輪淬火機器的工藝方法：采用快速加熱與立即冷卻相結合的方式，通過快速加熱，使待加工鋼件表面達到淬火溫度，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塑性、韌性較好的退火，（或正火及調(diào)質）組織。

依據(jù)汽車行業(yè)工件的特點，感應研制了針對汽車軸類、齒輪齒圈類、等速萬向節(jié)鐘型殼類、輪轂軸承類、等速萬向節(jié)三柱槽殼類零件的感應淬火及回火。點擊了解更多汽車行業(yè)零件熱處理的解決方案。

齒輪旋轉感應淬火技術

齒輪旋轉感應淬火可分為兩種主要方法：通過硬化和輪廓硬化。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，則存在溫度感應渦流流動，并且溫度在齒中滯后。淬火是通過浸沒或噴霧，以實現(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。軸承高頻淬火設備加熱速度極快，淬硬層深，易于控制操作，易于實現(xiàn)機械化、自動化，采用感應加熱原理，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程，也實現(xiàn)了奧氏體化在單一加熱中，或通過將齒輪預加熱至550-750℃  加熱之前硬化溫度。預熱的目的是充分達到在終加熱期間在根圓中的高奧氏體化溫度，沒有過熱的齒。短加熱時間和高比功率通常需要實現(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應力和滑動摩擦，所以需要具有較高的表面硬度和抗扭轉強度。

雙頻過程使用單獨或同時的頻率。使用單獨的頻率實現(xiàn)類似于情況的硬化曲線硬化。該過程一個接一個地應用兩個不同的頻率齒輪。齒以低頻率被預熱至550-750℃的頻率應該使得在根圓區(qū)域中發(fā)生預熱。短延遲，使用較高頻率和比功率實現(xiàn)奧氏體化。準確的監(jiān)測系統(tǒng)是必不可少的，因為加熱時間是測量的在這個終加熱階段中的十分之幾秒或秒。感應淬火可實現(xiàn)自動化在線生產(chǎn)，這樣節(jié)省了勞動力，無油污、無有害氣體排放，更加保護環(huán)境。