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感应淬火技术在风电增速齿轮箱内齿圈上的应用

在齿轮的强化方法中，感应淬火与调质、渗碳、渗氮一起构成四大基础工艺。考虑到生产实际，在风电增速箱内齿圈的批量生产中采用渗氮或感应淬火工艺可以获得比较高的生产效率及较低的生产成本。具体采用何种工艺主要由客户要求、自身工艺控制水平及生产效率成本等因素而定。根据ISO6336标准花键轴淬火设备，对于模数大于16的齿轮件就不再推荐使用氮化工艺提高表面硬度齿轮淬火设备，故对模数大于16的内齿圈推荐采用感应淬火工艺进行加工。

1.感应淬火工艺

风电增速箱内齿圈一般采用逐/隔齿沿齿沟扫描技术进行感应淬火。采用设计制造合理的感应器，配合的工艺参数控制，可以生产质量优良、稳定的感应淬火齿圈。

2.感应淬火的优缺点

将感应淬火技术应用于风电增速箱内齿圈上，不仅具有生产、节约能源、环境污染小以及易于实现自动化等感应淬火共有优点，还具有以下特点：

（1）相比于氮化，其对基体硬度和组织要求可以适当放宽。

（2）相比于渗碳淬火，工件不是整体加热轴淬火设备，变形较小，故相应磨量较小，设计放模量可减少，且后续生产加工成本较低。

（3）批量生产时交货期短，满足一些客户需求。

（4）便于机械化和自动化，设备紧凑花键轴淬火设备，使用方便，劳动条件好。

但使用感应淬火技术对内齿圈进行加工，尚有以下困难及缺点待克服：新齿形产品工艺试验周期较长，感应器设计/相关工艺参数选择需要慎之又慎；不能实现全齿宽淬硬。目前可满足设计上80%齿宽高符合工艺要求，这一点也是未来需要改进和克服的地方；批量生产时，发生批量事故风险较大，需要严格的质量控制体系和较高的质量控制水平来进行控制。

在轴类零件中的应用轴类感应淬火

一般是对轴表面进行局部淬火,材料为45钢或40Cr,淬火的硬度可根据材料直径大小设定感应电流和加热时间。淬火的硬度层深度,取决于感应设备的频率和加热时间,频率越高或加热时间越短,硬度层深度越低。在实际生产过程中,经常对轴的中心部有硬度要求,一般需要到专业的热处理生产厂家进行热处理,这样就带来了加工周期长、成本高等不足。如果用感应淬火使轴的中心部达到规定的硬度要求,那就要求感应设备加热深度必须达到轴的中心部,而且中心部的温度要达到临界温度以上。现以直径20mm的电机转子为例进行说明，电机转子端面中心部有一个滑长槽,滑长槽的作用是负责传递电机输出的动力,如果没有硬度或者硬度达不到规定的要求:37HRC~45HRC,装配好的产品很快就因滑长槽失效而失去动力,因此滑长槽的硬度直接影响整机产品质量。感应电流高、加热时间短,轴伸表面硬度偏高而心部硬度偏低;感应电流低、加热时间长,轴伸表面和心部硬度都偏高。如果要使转子轴心部淬火硬度达到规定要求,必须要按淬火工艺进行感应回火。回火就是将淬火后的工件重新加热到临界以下回火温度后,保温一定时间,然后取出冷却到室温的热处理工艺。常用的回火方法:低温回火(回火温度为150~250℃)、中温回火(回火温度为350~500℃)、高温回火(回火温度为500~680℃)。

车轴的感应淬火

40钢车轴表面感应淬火强化工艺研究是我国高速铁路的发展需要,填补国内在这项领域的技术空白。

车轴表面强化工艺的选择对于绝大部分轴类零件,通常采用高频或中频表面淬火来提高其使用寿命。动车轴、机车轴是一种即传递动力而又起支撑作用的心轴,而车辆轴是一种不传递动力而只起支撑作用的心轴,主要承受弯曲或弯曲疲劳负荷。统计表明大多数的各类轴均因疲劳断裂和微动磨蚀磨损而失效。为了避免发生脆性断裂,满足强度与韧性的要求,目前车轴常采用调质或正火工艺,但往往因疲劳与微动磨蚀磨损性能欠佳,而没有达到应有的使用寿命。实践表明,在调质或正火的基础上再施加表面感应淬火强化处理,可使服役寿命成倍地延长。因此,这是提高车轴使用寿命的一种重要工艺方法。车轴表面强化一般主要分喷涂 +滚压强化和感应淬火强化两种,滚压强化因其强化深度较浅,硬度较低,提高服役寿命有限。中频感应淬火加热适中,适合车轴表面加热深度。日本、法国均采用中频感应淬火强化。表面感应强化对提高车轴的弯曲或扭转疲劳强度、减少对缺口的敏感性和应力集中十分有效。表面感应淬火后,由于心部高的有效韧性和塑性,允许其硬化层有较高的硬度,以保持高的耐磨性、强度和残余压应力,充分发挥材料的潜力。国外对车轴中频感应淬火从过去的局部淬火、分段淬火,发展到现在的表面全长淬火。

采用同时双频法，频率较低和较高同时馈入感应器。硬化通过加热来实现。正确淬火对于的旋转硬化结果至关重要，应该在加热后尽快进行。时间间隙加热和淬火可以通过使用快速CNC轴定位来化喷头，或通过将猝熄电路集成到感应器中。在此期间淬火阶段齿轮的转速降低到50rpm以下避免在与旋转方向相反的侧面上的“阴影效应”。

许多其他因素影响自旋硬化结果。材料要硬化和其初始结构，例如，具有决定性的影响。由于短奥氏体化时间，初始钢结构必须是密实的（ASTM7及以上）。非均匀的珠光体 - 铁素体初始结构是不合适的。初始结构和碳含量的重要性随模块尺寸而增加减少。如果稍微增加的淬火畸变是可接受的，则是感应的预淬火和回火在轮廓淬火之前可以大大提高齿轮的淬透性。

模块尺寸是旋转硬化的另一个关键因素。自旋硬化是一种通用且可靠的工艺，可以硬化齿轮，螺旋齿轮和内齿轮与表面不规则的距离。利用独特的感应器解决方案可用来限制这种效果通过增强功率分布。

生产应用及推广

（1）轮毂轴管整体感应淬火的结果分析将整体感应淬火的轮毂轴管样品切样分析，结果淬火区域连续，圆柱面和圆角淬硬层比较均匀。同时在零件的淬火区域内用洛氏硬度计在不同部位上进行硬度检查， 其硬度比较均匀，硬度值为50~55HRC，能满足产品设计的技术要求。用以上的检验结果与分段工艺淬火结果进行对比分析，其硬度和淬硬层深优于多次分段淬火工艺，调试完成的工艺淬火层连续均匀，且采用了自回火技术，提高了产品的质量，降低了生产成本。因此，整体一次感应淬火完全可以替代于分段感应淬火技术；

（2）轮毂轴管整体一次感应淬火的小批量生产试制经过多方论证及试验对比分析，已经按计划分阶段完成了该零件的工艺试验，小批量试制以及大批量的生产，经过使用表明整体一次应淬火代替分段感应淬火这一工艺改进确实可行，零件生产的各项技术指标及经济指标均已达到和满足设计要求，从很大程度上已经显示出整体一次应淬火这一工艺的优越性和先进性.