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为什么齿轮感应淬火后的表面硬度会比普通淬火的高？

齿轮经过感应淬火后的表面温度会比普通的淬火处理高，这是感应淬火的特点，这也可以称为超硬现象。其实为什么齿轮淬火后表面的硬度更高呢？目前主要有两种解释。一是由于感应加热的方式，缩短了加热时间，在加热的过程中缺乏奥氏体晶粒产生的条件大齿轮淬火设备，因此导致了齿轮表面硬度提高了齿轮淬火设备。第二种解释就是因为由于感应淬火时冷却速度快，在齿轮淬火表面层存在较大的残留压应力，从而提高了齿轮的表面硬度。

为了印证残留应力对金属工件的作用，我们特意将经过高频感应淬火设备淬火的工件切断，然后再将其与切断前的硬度做比较，发现经过切断后的硬度平均降低了2HRC以上，因此可以证明残留压应力去除之后，金属工件的硬度是会降低的。为什么齿轮残留留压应力会导致表面硬度的提高呢？我们还可以从另一方面来解释，这就是由于齿轮在经过感应设备淬火的时候轴淬火设备，在低温回火过程中，齿轮硬度下降的比普通淬火的要多。

现在，大家明白了为什么要使用高频感应淬火设备了吗？因为齿轮感应淬火后的表面硬度会比普通淬火的更高，使用感应淬火设备，可获得高硬度高耐磨的金属工件，何乐而不为呢？

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花键轴淬火设备。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,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。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,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。

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。

汽车半轴局部感应加热感应器的类型

仿型的多孔位感应器形式

仿型的多孔位感应器中每只感应器为仿型的感应器,进、出料在线圈的同一端。各感应器之间电气连接方式,可以是并联,也可以是串联。

人工送料、气缸退料方式　感应器水平放置,坯料放在感应器前的托架上按节拍由人工送进感应器,感应器的另一端装有气缸,这种气缸中装有两个活塞,这种装置可使缸的顶杆头部有3个位置,个位置是进料时,顶杆作为定位挡;第2个位置是加热时,顶杆退出感应器,以免顶杆受热;第3 个位置是加热时间结束推出加热好的坯料。

(2) 气缸自动送料、退料方式　感应器倾斜放置,坯料放在感应器前的气缸缸体上的V型托架上,该气缸缸杆固定不动,活塞(缸体) 可上下移动。这样活塞移动,带动缸体V型托架,将坯料端部移入感应器进行加热,在进料端由气缸进行定位,不需要在感应器另一端定位。加热时间结束,气缸活塞下行,随之带动缸体、V型托架,端部已经加热好的坯料退出感应器,送入锻压设备成形。感应器倾斜角度以坯料可以顺利推上退下而不倾倒为原则。

(3) 人工送料、人工退料方式　感应器水平放置,人工送料,同人工退料。采用这种方式时, 定位等都由操作者掌握。

依据汽车行业工件的特点，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。

从动齿圈中频感应加热预淬火

从动齿圈是联合收割机差速器总成中的关键零件。技术要求感应淬火后齿顶和齿根部硬度为50～60HRC。

从动齿圈采用整体预热后高频加热淬火方式,可使齿部与心部的温差减小,降低齿顶和齿根传热条件不同而引起的温度差异,获得沿齿廓分布的淬硬层。另外,考虑到操作方便,直接采用中频进行齿部预热后二次加热淬火。零件淬火后留自回火温度200～250 ℃,同时规定淬火和回火时间间隔不得超过2小时,有效防止淬火裂纹的产生。

1. 从动齿圈采用齿部预热后中频加热淬火方式,可以显著降低由于齿顶和齿根传热条件不同而导致的温度差异,从而获得沿齿廓分布的淬硬层。

2. 在对齿宽较宽的盘状类齿轮整体加热的感应器设计时,感应器的高度应比齿圈的齿宽小1～2 mm,以减小加热时的尖角效应。

3. 随着数控淬火机床的发展,如果采用数控机床,可以实现两次加热采用不同的工艺参数,则能够取得更好的效果。

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。