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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内齿圈淬火设备,日本也对实物车轴进行了大量的试验研究齿轮淬火设备。对车轴疲劳强度和疲劳断裂机理已研究很清楚,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轴淬火设备,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。

凸轮轴感应淬火

感应加热淬火具有加热速度快，生产，工件氧化脱碳少、淬火畸变小，劳动条件好，无污染和易于实现机械化、自动化等一系列优点。

对于凸轮轴感应淬火，传统渗碳炉装载量少，且淬火质量不高。淬火机床采用凸轮轴双工位感应淬火机床，该设备感应加热电源采用IGBT (与SCR可控硅相比，可靠性与节能效果更好，频率适配范围宽)。淬火机床可以严格控制冷却液喷射时间，使工件既能获得足够的表面硬度，又不会因冷却过于剧烈而开裂。凸轮轴淬火位置的调试首先根据凸轮轴的结构和尺寸，在程序中确定各档相对位置。通过肉眼观察感应器的位置及加热效果完成粗调，粗调并试淬后，进行金相分析测定淬硬层的分布状况，再进行位置微调。在确定加热功率和淬火液浓度后，为了保证淬硬层深度达到技术要求，还需要确定合适的加热时问，以保证在满足技术要求的前提下，提高生产效率。

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。

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。

汽车半轴感应热处理淬火工艺

汽车发动机动力输出通过变速器、后桥，经半轴传到车轮，使车轮承受扭转力与冲击，在汽车传动中，半轴属于不可或缺的关键部件。半轴需要具备高硬度、高强度等性能，以便保证汽车在行驶中有着良好的性能和安全保证。目前半轴采用感应淬火工艺。半轴法兰与杆部硬化层的连续与否，以及杆部硬化层深度与直径之比，是提高半轴疲劳强度的关键。

半轴感应淬火一般有扫描淬火与一次加热淬火两种。一次加热淬火适用于半轴的大批量生产。从生产率、淬火质量、节能效果与生产成本进行比较。一次加热淬火比扫描淬火为优，但需要大功率电源、冷却系统及设计的感应器结构。

1、半轴扫描淬火，一般采用立式通用淬火机或淬火机。首先加热法兰面到淬火温度，然后对杆部与花键部进行扫描淬火。

2、半轴一次加热淬火，是将整根半轴的淬火区域一次进行加热，是一种先进的工艺。由于一次冷却量特别大，因此需配的冷却系统及特殊设计的感应器。国内汽车制造厂已成功地将此工艺应用于生产，取得生产率提高数倍、弯曲疲劳强度大大提高，并且节能效果显著。