異形軸感應加熱淬火工藝

劉瑩，米佩，涂偉

寧夏天地奔牛實業集團有限公司 寧夏石嘴山 753001

1 序言

某異形軸在第一次齒部淬火時，出現齒部淬火區域硬度不合格情況。經對不合格原因進行分析，認為感應器結構不合理是淬火區域硬度不合格的主要原因，后對感應器結構進行了改進，經生產驗證，齒部淬火區域及硬度滿足技術要求。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料及技術要求

異形軸材料為42CrMo鋼，其結構及淬火區域如圖1所示。淬火區域為圖1中位置82mm尺寸區域，共4齒，每齒淬火部位相同，淬火區域內要求硬度＞50HRC，硬化層深度＞5mm。

圖1 異形軸結構及淬火區域

2.2 第一次感應淬火試驗

（1）感應淬火感應器結構及工藝參數 根據淬火部位結構及淬火技術要求，第一次設計的感應器結構如圖2所示，采用的淬火工藝參數見表1。工件淬火時先加熱一段時間，待加熱到溫后工件旋轉至噴淋部位進行冷卻。

表1 試驗工藝參數

圖2 第一次試驗感應器結構

（2）感應淬火加熱情況 在試驗過程中，采用方案一工藝進行加熱，出現軸淬火區域加熱溫度不能滿足技術要求的情況，只有齒部尖角部位加熱溫度達到淬火溫度，兩側部位溫度未加熱，實際加熱區域如圖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。說明淬火區域溫度不足主要是因為感應器結構不合理。通過對感應器結構進行分析，認為雖然感應器結構能夠覆蓋所有需要淬火區域，但感應器在兩側面產生的磁耦合效率較低，導致兩側面加熱溫度不足，因此為提高感應器的加熱效率，需重新設計感應器結構。

圖3 第一次試驗感應器加熱情況

2.3 第二次感應淬火試驗

（1）感應器結構改進 對感應器結構進行改進，主要是在感應器兩側面放置П形磁導體。圖4所示為導磁體在感應器中的應用。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，在工件一側的表面會形成圖4b所示的電流分布；增加導磁體后會形成圖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[2]。改進后的感應器結構如圖5所示。

圖4 導磁體在感應器中的應用

圖5 改進后感應器

（2）感應淬火試驗 采用改進后的感應器結構及方案一工藝進行感應加熱淬火，在加熱過程中，目測所要求加熱區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。

3 試驗結果與分析

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，滿足技術要求。對淬火部位采用線切割進行取樣，經4%硝酸酒精腐蝕后觀察試樣宏觀形貌，如圖6所示。對淬火區域進行淬硬層深度檢測[3]，結果見表2。

圖6 試樣宏觀形貌

表2 試樣硬度檢測結果

從表2可看出，異形軸齒部感應淬火后，淬火區域表面硬度及淬硬層深度滿足技術要求，說明在感應器兩側增加導磁體后，提高了磁耦合效率，從而可明顯地提高兩側局部區域感應加熱溫度。

4 結束語

在感應淬火中，感應器結構的合理性是淬火的關鍵[4]，感應器的設計、選用水平高低直接關系到工件的淬火質量。如感應器結構設計不合理，即使調整工藝參數也很難達到預想結果。在類似異形軸齒部感應淬火時，可以通過在感應器兩側銅管上增加導磁體來提高磁耦合效率，從而得到所需的淬火質量。