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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。对车轴疲劳强度和疲劳断裂机理已研究很清楚行车轮淬火设备,但铁路车辆车轴疲劳断裂依然存在齿轮淬火设备。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。随着高速铁路在世界各国的兴起和不断发展轴淬火设备,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,这种车轴经表面感应淬火后花键轴淬火设备,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。

曲轴淬火感应淬火设备的技术

曲轴淬火感应器，特别是半环型感应器造价昂贵，因此如何降低造价，提率及增长使用寿命已成为主要的目标。

已研制出固定式（静止式）曲轴淬火感应器，其特点是：加热时工件不转动，节能、，感应器寿命长。

根据生产率和工件构造，有几种设备的技术可以适用以下四种主要操作：

1.周围喷淋 一个的喷淋装置将保护气体带给进行淬火的工件。它可以连接气体或淬火液回路。在使用的时候，必须增加一个围堵装置以缩小需要气体的区域。

2.手套式操作箱 对低产量和半自动生产方式而言，手套式操作箱方案是经济、简单的方案。充气室的简化版早就被证明对于保护大、中、小复合的工件的气体而言都适用。这个箱子的结构可以根据实际需要来订制，通常在加工过程中是密封的，系统像半开口容器系统一样简单，以减少结垢。

3.充气室 该设备的设计是用于大工件的，并需要有完整的全封闭的工作区域。从外部对工件的上下料操作需要一个自动化方案，并且需要适应大部件。为减少旋转工作台转动以及扫描台或其他机械装置产生的气流的干扰，可以为系统额外添加一个局部喷淋器。

汽车半轴坯料中频感应加热质量的控制

为便于实现机械化和自动化，提高生产效率，中频感应加热金属在国内一些企业也逐渐得到广泛运用。

感应加热的基本原理是当施感导体（感应器）中通入交变电流以后，在它的周围产生一个交变的磁场，把金属毛坯置于交变的磁场内，在其内部便产生一个交变电势，在电动势作用下金属内部产生交变涡流。由于金属毛坯电阻上的涡流发热和磁性转变点以下的磁滞损失发热，把金属毛坯加热到所需要的温度。由趋负效应可知，电流仅在被加热的金属表面层流过，表面层中的金属主要靠电流流过而加热，内层（中心金属）则靠外层热量向内层传导而加热。一般来说，当毛坯表面加热到锻造温度时，表面和中心温度差不得超过100℃。对于大直径的毛坯，为了缩短内层金属的加热时间、提高加热速度，建议选用较低的电流频率以增大电流透入深度，否则选用的频率太高，电流透入深度将减少，不但延长了热量由外层向内层的传递时间，增加了热量损失，热效率低，甚至会造成表面过热。小直径毛坯感应加热时，由于截面尺寸小，可以采用较高频率，以提高电效率。

中频感应加热设备是目前主流的电磁感应加热技术，有很多优点：升温快，氧化和脱碳少，劳动条件好，便于实现机械化和自动化。

汽车半轴感应加热电源电流频率及加热时间的选择

汽车半轴局部感应加热时频率的选择基于以下两个因素:

(1) 感应器的电效率,使其力求接近于极限值,这就要求有足够高的电流频率,因为电效率随频率而提高。

(2) 加热时间的情况下,保证工艺需要的心表温差,即要求适度降低电流频率。高的电效率短的加热时间,使局部加热必然会产生的局部热向毛坯非加热部位的热传导会更少。因此,局部感应加热的效率,基本上取决于电流频率的正确选择。电流频率可依据半轴坯料的的直径来选择电流的频率。

坯料以给定的心表温度差由起始温度(这里取600 ℃)加热到锻压温度所需要的时间,称为加热时间。在给定心表温度差(如100 ℃温差规范)的前提下,加热时间只取决于电流的频率(它决定电流透入深度)、坯料的物理性质(导热性)以及坯料的直径(坯料的直径减去电流透入深度决定了平均热传导的距离)。

加热时间的确定非常重要,坯料在感应器内实际的加热时间小于确定的加热时间, 从感应器内出来的坯料的心表温差将大于100 ℃,而达不到锻压需要的温度要求;如果大于确定的时间,将会造成能耗的增加,工作节拍延长,生产效率降低,加热段向非加热段热传导增加,甚至造成加热段过烧、坯料报废的严重后果。坯料直径按直径来进行加热时间的计算。

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。