外花鍵軸及軸端面感應(yīng)加熱淬火工藝
2020-01-11 姬慧慧 米佩
（寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司）
某外花鍵軸直徑為390mm，內(nèi)孔有效壁厚為40mm，內(nèi)孔要求淬火后變形＜0.1mm，使用額定功率為250kW中頻電源進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，因花鍵直徑較大，需要對(duì)花鍵部位進(jìn)行預(yù)熱后再加熱淬火，因預(yù)熱、淬火加熱時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，內(nèi)孔不噴淋冷卻溫度達(dá)到500℃，為了減少內(nèi)孔變形，在淬火過(guò)程中對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行噴淋冷卻，從而減少了內(nèi)孔變形量。
為了提高軸端面耐磨性，需要對(duì)軸圓周方向端面進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，原工藝方法采用整個(gè)端面感應(yīng)加熱淬火方法，感應(yīng)器結(jié)構(gòu)覆蓋整個(gè)被加熱端面，此種方法感應(yīng)器制作成本高，感應(yīng)器較重，隨著淬火直徑的變化，感應(yīng)器通用性較差。為了避免以上不足，對(duì)感應(yīng)淬火方法進(jìn)行改進(jìn)，改為端面掃描淬火方法。
一、試驗(yàn)材料及方法
1.試驗(yàn)材料及技術(shù)要求
外花鍵軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)如下圖1，技術(shù)要求如下：
（1）φ390外花鍵淬火，花鍵硬度42～47HRC，硬化層深度＞1mm，內(nèi)孔變形＜0.05mm。
?。?）400mm尺寸右端面淬火處理，硬度45～50HRC。
圖1 外花鍵軸結(jié)構(gòu)
2.試驗(yàn)參數(shù)及方法
選擇設(shè)備額定功率為250kW，使用感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。
圖2 外花鍵感應(yīng)器
圖3 端面掃描感應(yīng)器
說(shuō)明：因前期試驗(yàn)中內(nèi)孔未噴冷卻水，所以圖2試驗(yàn)件內(nèi)孔已發(fā)黑。
（1）外花鍵感應(yīng)淬火試驗(yàn)方法
采用圖2所示感應(yīng)器對(duì)外花鍵進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，淬火工藝參數(shù)見(jiàn)表1，淬火過(guò)程中對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行噴淋冷卻。即在感應(yīng)加熱過(guò)程中單獨(dú)拿出一路冷卻水對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行冷卻，冷卻部位隨著感應(yīng)器的移動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)，以確保外花鍵加熱時(shí)內(nèi)孔傳遞的熱量能夠通過(guò)內(nèi)孔冷卻及時(shí)地消除，加熱過(guò)程中測(cè)量?jī)?nèi)孔部位溫度，為150℃。
表1 外花鍵淬火工藝參數(shù)
?。?)軸端面感應(yīng)淬火試驗(yàn)方法
采用圖3所示感應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)端面進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，從結(jié)構(gòu)可以看出，此種感應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本較低，重量輕，便于操作，且對(duì)于淬火區(qū)域只與淬火長(zhǎng)度有關(guān)，不受淬火直徑變化的影響。端面淬火采用工藝參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 端面淬火工藝參數(shù)
二、試驗(yàn)結(jié)果與分析
?。?）外花鍵感應(yīng)淬火試驗(yàn)結(jié)果與分析
對(duì)外花鍵采用里氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測(cè)，齒頂表面硬度為43.0～47.1HRC。對(duì)花鍵部位采用線切割進(jìn)行取樣，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后結(jié)果如圖4所示，對(duì)齒根部位進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)，結(jié)果如圖5所示。
圖4 外花鍵軸感應(yīng)淬火后切片宏觀圖片
圖5 外花鍵齒根部位顯微硬度趨勢(shì)
從圖4、圖5檢測(cè)結(jié)果得出，外花鍵感應(yīng)淬火后花鍵表面硬度滿足技術(shù)要求42～47HRC，齒根部位硬化層深度為1.2mm，符合技術(shù)要求＞1mm。檢測(cè)內(nèi)孔尺寸為φ290.06mm（熱前尺寸為φ290.0mm2），說(shuō)明內(nèi)孔噴冷卻后尺寸滿足圖樣要求。
?。?）軸端面感應(yīng)淬火結(jié)果與分析
采用方案一工藝參數(shù)淬火時(shí)，因加熱功率過(guò)大，感應(yīng)器加熱2s后感應(yīng)器燒化，未能完成淬火；采用方案二工藝參數(shù)淬火時(shí)，因感應(yīng)器與端面之間間隙大，加熱時(shí)端面溫度達(dá)不到淬火溫度，淬火后檢測(cè)硬度30HRC，不符合技術(shù)要求；采用方案三工藝參數(shù)進(jìn)行淬火后，檢測(cè)淬火區(qū)域硬度45～50HRC，符合技術(shù)要求。最終確定了淬火工藝為：加熱功率設(shè)定為70%（實(shí)際功率為75kW），感應(yīng)器與工件端面之間間隙為2mm，感應(yīng)器前端與工件淬火部位內(nèi)孔端面齊平，加熱時(shí)間為停止加熱2s后工件開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為10r/min。
三、結(jié)語(yǔ)
?。?）通過(guò)在感應(yīng)加熱過(guò)程中單獨(dú)拿出一路冷卻水對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行冷卻的方法，減小工件淬火變形，確保了內(nèi)孔尺寸的穩(wěn)定性。
?。?）采用掃描淬火方法，感應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，重量輕，便于操作者進(jìn)行操作，且對(duì)于淬火區(qū)域只與淬火長(zhǎng)度有關(guān)，不受淬火直徑變化的影響，通用性強(qiáng)。
?。?）對(duì)于截面較小的感應(yīng)器在加熱過(guò)程中需嚴(yán)格控制加熱功率，避免感應(yīng)器在使用過(guò)程中發(fā)生損壞。
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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