為什么齒輪感應(yīng)淬火后的表面硬度會比普通淬火的高？

齒輪經(jīng)過感應(yīng)淬火后的表面溫度會比普通的淬火處理高，這是感應(yīng)淬火的特點(diǎn)，這也可以稱為超硬現(xiàn)象。其實(shí)為什么齒輪淬火后表面的硬度更高呢？目前主要有兩種解釋。凸輪軸采用淬火設(shè)備進(jìn)行淬火熱處理，其熱處理工藝主要是通過感應(yīng)器實(shí)施的。一是由于感應(yīng)加熱的方式，縮短了加熱時(shí)間，在加熱的過程中缺乏奧氏體晶粒產(chǎn)生的條件，因此導(dǎo)致了齒輪表面硬度提高了。第二種解釋就是因?yàn)橛捎诟袘?yīng)淬火時(shí)冷卻速度快，在齒輪淬火表面層存在較大的殘留壓應(yīng)力，從而提高了齒輪的表面硬度。

為了印證殘留應(yīng)力對金屬工件的作用，我們特意將經(jīng)過高頻感應(yīng)淬火設(shè)備淬火的工件切斷，然后再將其與切斷前的硬度做比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過切斷后的硬度平均降低了2HRC以上，因此可以證明殘留壓應(yīng)力去除之后，金屬工件的硬度是會降低的。為什么齒輪殘留留壓應(yīng)力會導(dǎo)致表面硬度的提高呢？我們還可以從另一方面來解釋，這就是由于齒輪在經(jīng)過感應(yīng)設(shè)備淬火的時(shí)候，在低溫回火過程中，齒輪硬度下降的比普通淬火的要多。沿齒溝掃描淬火沿齒溝掃描淬火主要用于m=6mm以上的直齒輪及斜齒輪,此種方法應(yīng)用極廣,并且已有極成熟的工藝與裝備。

現(xiàn)在，大家明白了為什么要使用高頻感應(yīng)淬火設(shè)備了嗎？因?yàn)辇X輪感應(yīng)淬火后的表面硬度會比普通淬火的更高，使用感應(yīng)淬火設(shè)備，可獲得高硬度高耐磨的金屬工件，何樂而不為呢？

車軸感應(yīng)淬火技術(shù)的發(fā)展

車軸是機(jī)車車輛中的部件之一,它直接關(guān)系到鐵道車輛行車安全。從19世紀(jì)中到20世紀(jì)初,各國對車軸的疲勞斷裂進(jìn)行了大量的研究,如科學(xué)家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸車軸進(jìn)行車軸疲勞斷裂的研究,日本也對實(shí)物車軸進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。對車軸疲勞強(qiáng)度和疲勞斷裂機(jī)理已研究很清楚,但鐵路車輛車軸疲勞斷裂依然存在。例如,在俄羅斯僅1993年在運(yùn)用的220～250萬根車軸中,因疲勞裂紋而報(bào)廢的就達(dá)6800根。法國在高速鐵路系統(tǒng)的定期檢修中,將輪座磨去0.5mm深,以防止再次裂紋萌生。目前可滿足設(shè)計(jì)上80%齒寬高符合工藝要求，這一點(diǎn)也是未來需要改進(jìn)和克服的地方。在日本新干線使用的所有車軸,運(yùn)行 45萬公里后,用磁粉探傷儀進(jìn)行檢查,每年進(jìn)行磁粉探傷的車軸總數(shù)約2萬根。隨著高速鐵路在世界各國的興起和不斷發(fā)展,對車軸的安全使用性能提出了更高的要求。強(qiáng)化車軸表面,是提高車軸斷裂的重要措施。無論是法國、日本還是德國對高速運(yùn)行下的車軸都進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用,日本、法國均采用低碳鋼制造車軸,并進(jìn)行表面感應(yīng)淬火處理。日本新干線的使用結(jié)果表明,這種車軸經(jīng)表面感應(yīng)淬火后,克服了車軸的斷裂,確保了行車安全。車軸材料我國的機(jī)車、車輛均采用碳素鋼車軸,縱觀總體情況,應(yīng)該說碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。對于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼,我國還沒有成熟的技術(shù)。由于各國的國情不同 ,技術(shù)觀點(diǎn)不同 ,選用的車軸材料不盡相同,但都屬于低碳鋼范疇。

感應(yīng)淬火低碳鋼車軸表面采用感應(yīng)淬火是提高其疲勞壽命為經(jīng)濟(jì)而有效的方法。日本對此進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究 ,并成功地運(yùn)用在高速鐵路上。在通常情況下，高頻感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，一次可以加熱的零件表面，是由高頻變壓器、感應(yīng)器的效率、設(shè)備的輸出功率及零件加熱所需的單位功率決定。日本新干線在這方面工作早在 1948年就開始了 ,碳素鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 ,再沿車軸縱向進(jìn)行表面感應(yīng)加熱淬火 ,在淬硬層內(nèi)獲得非常細(xì)的馬氏體組織 ,使其表面硬度顯著增加。

凸輪軸感應(yīng)淬火

感應(yīng)加熱淬火具有加熱速度快，生產(chǎn)，工件氧化脫碳少、淬火畸變小，勞動條件好，無污染和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化等一系列優(yōu)點(diǎn)。

對于凸輪軸感應(yīng)淬火，傳統(tǒng)滲碳爐裝載量少，且淬火質(zhì)量不高。淬火機(jī)床采用凸輪軸雙工位感應(yīng)淬火機(jī)床，該設(shè)備感應(yīng)加熱電源采用IGBT (與SCR可控硅相比，可靠性與節(jié)能效果更好，頻率適配范圍寬)。淬火機(jī)床可以嚴(yán)格控制冷卻液噴射時(shí)間，使工件既能獲得足夠的表面硬度，又不會因冷卻過于劇烈而開裂。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即?shí)現(xiàn)表面加熱。凸輪軸淬火位置的調(diào)試首先根據(jù)凸輪軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，在程序中確定各檔相對位置。通過肉眼觀察感應(yīng)器的位置及加熱效果完成粗調(diào)，粗調(diào)并試淬后，進(jìn)行金相分析測定淬硬層的分布狀況，再進(jìn)行位置微調(diào)。在確定加熱功率和淬火液濃度后，為了保證淬硬層深度達(dá)到技術(shù)要求，還需要確定合適的加熱時(shí)問，以保證在滿足技術(shù)要求的前提下，提高生產(chǎn)效率。

砂輪主軸的感應(yīng)加熱淬火

砂輪主軸是磨床的主要零件之一,它的質(zhì)量直接影響整臺磨床的精度和壽命。隨著磨床的創(chuàng)新,強(qiáng)力磨削、高速磨削,及其自動化程度的不斷發(fā)展,對主軸的熱處理質(zhì)量提出更高的要求。

表面感應(yīng)淬硬是在臥式中頻淬火機(jī)床上進(jìn)行,該機(jī)床感應(yīng)器走刀速度是無級調(diào)速。當(dāng)砂輪主軸直徑大,加熱面積較大時(shí),設(shè)備輸出功率不能滿足時(shí),可將軸先進(jìn)行預(yù)熱,再進(jìn)行加熱淬火。使用淬火冷卻時(shí)，注意以下幾點(diǎn):

(1)由于砂輪主軸選用材料是高碳合金鋼,所以水壓要低,水量要少以免冷卻過激而使軸開裂,特別是冬天,水溫低冷卻能力大。

(2)軸感應(yīng)淬火時(shí),軸本身在轉(zhuǎn)動,如水壓過大,易將水甩出,甩出的水濺到加熱帶,易造成軟點(diǎn),所以應(yīng)低些。

(3)小直徑的主軸,由于走刀速度較快,冷卻不夠,應(yīng)對已淬硬段噴水,防止返熱現(xiàn)象。

感應(yīng)加熱時(shí),淬火火溫度不能太高,否則會引起組織過熱,導(dǎo)致軸開裂,所以感應(yīng)加熱功率與走刀速度應(yīng)相互配合。