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车轴感应淬火技术的发展

车轴是机车车辆中的部件之一,它直接关系到铁道车辆行车安全。从19世纪中到20世纪初,各国对车轴的疲劳断裂进行了大量的研究,如科学家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸车轴进行车轴疲劳断裂的研究,日本也对实物车轴进行了大量的试验研究斜齿轮淬火设备。对车轴疲劳强度和疲劳断裂机理已研究很清楚齿轮淬火设备,但铁路车辆车轴疲劳断裂依然存在。例如,在俄罗斯仅1993年在运用的220～250万根车轴中,因疲劳裂纹而报废的就达6800根。法国在高速铁路系统的定期检修中,将轮座磨去0.5mm深,以防止再次裂纹萌生。在日本新干线使用的所有车轴,运行 45万公里后,用磁粉探伤仪进行检查,每年进行磁粉探伤的车轴总数约2万根轴淬火设备。随着高速铁路在世界各国的兴起和不断发展,对车轴的安全使用性能提出了更高的要求。强化车轴表面,是提高车轴断裂的重要措施。无论是法国、日本还是德国对高速运行下的车轴都进行了大量的研究和应用,日本、法国均采用低碳钢制造车轴,并进行表面感应淬火处理。日本新干线的使用结果表明花键轴淬火设备,这种车轴经表面感应淬火后,克服了车轴的断裂,确保了行车安全。车轴材料我国的机车、车辆均采用碳素钢车轴,纵观总体情况,应该说碳素钢车轴是成熟的、可靠的。对于高速列车车轴材料是选碳素钢还是合金钢,我国还没有成熟的技术。由于各国的国情不同 ,技术观点不同 ,选用的车轴材料不尽相同,但都属于低碳钢范畴。

感应淬火低碳钢车轴表面采用感应淬火是提高其疲劳寿命为经济而有效的方法。日本对此进行了详细的试验研究 ,并成功地运用在高速铁路上。日本新干线在这方面工作早在 1948年就开始了 ,碳素钢经调质处理后 ,再沿车轴纵向进行表面感应加热淬火 ,在淬硬层内获得非常细的马氏体组织 ,使其表面硬度显著增加。

锥齿轮感应淬火工艺

新工艺针对锥齿轮的淬火工艺开发，但不受零件的限制。所有的工件都得到平直的、连续的表面，这样淬火后工件才能得到足够的尺寸精度。

原则上，新装置的工作方式和一般模式相同。附加的是，新装置具有坚固的底部固定和上部固定装置，可以很好地夹持加热后的工件，实现淬火工艺。

采取新一代感应淬火设备和淬火工艺后，实现如下的优点：

（1）工艺过程能够在生产线实现。

（2）单件流动。

（3）工艺随时开始，不需要炉子那样长的加热过程。

（4）由于加热时间短，因此节能。

（5）由于控制优良，可实现的重复性生产。

（6）工件终尺寸精度。

（7）工件变形小，废品率低。

（8）后续工序少。

淬火设备的核心装置是一种新的感应淬火机床，配置完整的感应器系统和冷却系统。

薄壁齿轮的超音频感应加热淬火

薄壁齿轮材料及热处理技术要求

齿轮材料为45钢。热处理技术要求是齿坯正火到179-299HB，精切齿后沿齿沟高频感应加热淬火到硬度48—55HRC。齿根淬硬层深度≥0.5mm。

淬火加热电源设备

淬火机床功率100kW，加热频率100kHz。感应器采用螺旋状，同时感应器设计时增大与齿轮的耦合，提升感应加热的速度。

加热工艺参数

加热采用全齿同时加热方式。通过加热电源输入功率的调节控制齿轮感应加热时获得的比功率，从而控制感应加热速度。加热后采用喷水冷却的方式。

汽车花键轴感应加热淬火与回火

不少花键轴类零件采用感应加热表面淬火，取代传统调质热处理，可以减少能源消耗。但是，现在大多数花键轴感应加热后仍然采用在炉子中进行低温回火的工艺。实际上,花键轴感应加热中有热量传入其心部,利用这一部分热量对表面淬火层进行自身回火,取消炉子低温回火是完全可能的。

淬火喷水冷却过程停止后，零件表面经过一定时间才达到温度。我们一般所指的自身回火温度就是指这个温度。自身回火过程不是在恒定的温度，而是在某一温度范围内，可持续几分钟。多数花键轴要求硬度范围在HRC48至58之间，传统常采用炉中回火的工艺。

花键轴感应加热淬火层的残余应力分布与一般轴类零件不同。由于在花键部位 有拉伸残余应力存在，特别是花键接近根部处达到值，往往造成花键开裂。 为了减少花键部有害的拉伸残余应力，提高自身回火温度是有好处的。考虑到花键部要求耐磨，应该保持相当高的硬度，当回火温度在250至300摄氏度之间时，由于马氏体析出高度弥散的碳化物，马氏体比容减少。因此，我们选定花键轴自身回火温度为250至270摄氏度，花键部位的残余应力接近于零，可 以有效地防止花键开裂。花键轴由炉中回火改为回火，质量稳定，没有出现过花键开裂的质量问题，且减少了设备负荷，节省了电能。

依据汽车行业工件的特点，感应研制了针对汽车轴类、齿轮齿圈类、等速万向节钟型壳类、轮毂轴承类、等速万向节三柱槽壳类零件的感应淬火及回火。点击了解更多汽车行业零件热处理的解决方案。

齿轮的双频感应加热淬火方式

1双频感应加热原理

由于可控硅变频器研制成功，能更方便地得到所要求的频率，因此就为从单频率感应加热转向两个以上频率组合加热的方法提供了可能性。

1.1原理

为了均匀加热表面凹凸不平的制件，曾设想用两种不同的频率进行感应加热。根据被加热制件的形状和涡流穿入深度 ，利用频率的低频提高制件凹处的温度 ，高频提高制件凸起部分的温度 ，从而使制件获得均匀的温 度 。

这种原始的双频感应加热 和单频加热相比，虽可获得较高的淬火质量。但作为使齿面 加热更均匀的关键参数—— 频率转换时间的控制是很难掌握的 。实际上往往要经过数次试验方能确定，故效率很低 。并且要使用两台高频变压器，频率转换计时失准时很难调整 。此外，还受齿轮模数和轮廓尺寸的限制 。

1.2 新的双频感应加热方法

新的双频感应加热方法可取代传统的单频和原始的双频感应加热的新的双频感应加热装置，尤其适台对齿轮进行，高生产率的热处理 。这种双频感应加热只用一个感应线圈，可轮流用连续的或断续的不同频率的电流，使工件均匀加热 。虽以极短的时间间隔轮流通以不同频率的电流 ，但和用两个不同频率重合在一起 加热时的效果一样，可以随意调节齿底 、齿面温度 。与传统方法相比，生产率和控制性能都得到明显改善 。

需要根据感应淬火设计要求针对工艺参数进行选择：

（1）电流频率由感应电流透入深度计算。针对内齿圈数毫米的工艺层深要求，采用中频感应电源进行加热。

（2）感应器与零件间隙由工艺试验确定。

（3）加热功率及扫描速度由工艺试验确定。扫描速度影响生产效率，加热功率影响零件开裂风险。要综合考虑各因素后选择参数。

（4）加热-淬火间隔影响零件开裂风险。通过调节相关机构及扫描速度来控制。