異形軸感應(yīng)加熱淬火工藝

某異形軸在第一次齒部淬火時，出現(xiàn)齒部淬火區(qū)域硬度不合格情況，經(jīng)對不合格原因進行分析，認為感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理是淬火區(qū)域硬度不合格的主要原因，后對感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進行了改進，經(jīng)生產(chǎn)驗證，齒部淬火區(qū)域及硬度滿足技術(shù)要求。

2.1試驗材料及技術(shù)要求

異形軸材料為42CrMo鋼，其結(jié)構(gòu)及淬火區(qū)域如圖1所示。淬火區(qū)域為圖1中位置82mm尺寸區(qū)域，共4齒，每齒淬火部位相同，淬火區(qū)域內(nèi)要求硬度＞50HRC，硬化層深度＞5mm。

圖1 異形軸結(jié)構(gòu)及淬火區(qū)域

2.2第一次感應(yīng)淬火試驗

（1）感應(yīng)淬火感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)   根據(jù)淬火部位結(jié)構(gòu)及淬火技術(shù)要求，設(shè)計的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用的淬火工藝參數(shù)見表1。工件淬火時先加熱一段時間，待加熱到溫后工件旋轉(zhuǎn)至噴淋部位進行冷卻。

根據(jù)感應(yīng)加熱時電流透入深度，

頻率選擇3～3.5kHz時，可以滿足淬硬層深度＞5mm的技術(shù)要求。

圖2 第一次試驗感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

（2）感應(yīng)淬火加熱情況   在試驗過程中，采用方案一工藝進行加熱，出現(xiàn)軸淬火區(qū)域加熱溫度不滿足技術(shù)要求的情況，只有齒部尖角部位加熱溫度達到淬火溫度，兩側(cè)部位溫度未加熱，實際加熱區(qū)域如圖3所示。后延長加熱時間，采用方案二工藝進行加熱，加熱情況未有改善。說明淬火區(qū)域溫度不足主要是因為感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理。對感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進行分析，認為雖然感應(yīng)器結(jié)構(gòu)能夠覆蓋所有需要淬火區(qū)域，但感應(yīng)器在兩側(cè)面產(chǎn)生的磁耦合效率較低，導(dǎo)致兩側(cè)面加熱溫度不足，因此為提高感應(yīng)器的加熱效率，需重新設(shè)計感應(yīng)器結(jié)構(gòu)。

圖3 第一次試驗感應(yīng)器加熱情況

2.3   第二次感應(yīng)淬火試驗

對感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進行改進，主要是在感應(yīng)器兩側(cè)面放置П形磁導(dǎo)體。圖4所示為導(dǎo)磁體在感應(yīng)器中的應(yīng)用。其中，圖4a所示為一個線圈上的電流分布；在加熱過程中，由于集膚效應(yīng)，在工件一側(cè)的表面會形成圖4b所示的電流分布；增加導(dǎo)磁體后會形成圖4c所示的電流分布，顯然此時電流被“集中”在槽口面處，從而提高了磁耦合效率。改進后的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 導(dǎo)磁體在感應(yīng)器中的應(yīng)用

圖5 改進后感應(yīng)器

（2）感應(yīng)淬火試驗   采用改進后的感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及方案一工藝進行感應(yīng)加熱淬火，在加熱過程中，目測所要求加熱區(qū)域溫度達到淬火要求，后對淬火部位進行淬硬層深度、硬度檢測。

對淬火部位采用里氏硬度計進行表面硬度檢測，表面硬度為55～57HRC，滿足技術(shù)要求。對淬火部位采用線切割進行取樣，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后觀察宏觀形貌，如圖6所示。對淬火區(qū)域進行淬硬層深度檢測，結(jié)果見表2。

圖6   切樣宏觀形貌

從表2可看出，異形軸齒部感應(yīng)淬火后，淬火區(qū)域表面硬度及淬硬層深度滿足技術(shù)要求，說明在感應(yīng)器兩側(cè)增加導(dǎo)磁體后，提高了磁耦合效率，從而可明顯地提高兩側(cè)局部區(qū)域感應(yīng)加熱溫度。

在感應(yīng)淬火中，感應(yīng)器結(jié)構(gòu)的合理性是淬火的關(guān)鍵，感應(yīng)器的設(shè)計、選用水平高低直接關(guān)系到工件的淬火質(zhì)量。如感應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，即使調(diào)整工藝參數(shù)也很難達到預(yù)想結(jié)果。在類似異形軸齒部感應(yīng)淬火時，可以通過在感應(yīng)器兩側(cè)銅管上增加導(dǎo)磁體來提高磁耦合效率，從而得到所需的淬火質(zhì)量。