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2025-02-01 08:09:20
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齿轮淬火设备,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。
双频法齿轮感应淬火的历史发展
在常规齿轮生产中,齿轮机加工后进行热处理硬化的工艺有许多种,但都为达到相同的目的, 即形成一定的显微组织从而获得适宜的性能。
但是,淬火处理常常使齿轮变形,导致齿轮质量下降。双频感应淬火处理为解决此问题应运而生。与两种局部淬火工艺齿轮单齿感应淬火和局部渗碳工艺相比,双频感应淬火费用降低,精度提高(使变形降至)。
局部渗碳在齿轮硬化方法中应用得为广泛。这一工艺包括在不需渗碳的表面镀上某种材料, 防止在渗碳过程中活性碳原子渗入,的方法是镀铜,除轮齿外,其它表面都镀上铜,然后渗碳,渗碳后把铜镀层去掉,进行机加工,后将所有表面又重新镀上铜,装入淬火炉中加热淬火。
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.
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