大型内齿圈感应淬火裂纹研究与改善

2018-01-24叶小飞易亮朱百智

金属加工(热加工) 2018年1期

■ 叶小飞，易亮，朱百智

感应加热淬火与传统普通淬火相比，具有工艺简单，工件变形小，高效节能环保，以及易于实现机械自动化等优点，成为一种常用的表面热处理技术。内齿圈作为风电齿轮箱传动机构的重要组成部分，常采用感应淬火硬化方式进行加工。但随着齿圈模数的增大，既要满足随之增加的有效硬化层深度，又要预防裂纹，难度相当高。因此，在实际生产中，部分大型内齿圈的感应淬火裂纹问题，导致了巨大的经济损失及交货期延迟。本文通过优化感应淬火工艺，解决了裂纹问题，稳定了质量。

1. 大型内齿圈技术参数

内齿圈加工技术要求见表1。

2. 裂纹影响因素

感应淬火裂纹的主要质量影响因素包括：原材料、预备热处理、铣齿和感应淬火工艺等方面。例如材料的淬透性，成分偏析，预备热处理组织状态，以及铣齿工序齿部余量的分配等，都在一定程度上影响着感应淬火质量稳定性。感应淬火工艺主要影响因素有加热速度、淬冷烈度、淬火温度等。本文着重通过调节加热功率、扫描速度、喷淋流量等工艺参数来优化感应淬火工艺，降低淬火过程中的组织应力和热应力导致的淬火裂纹。

表1 内齿圈加工技术要求

3. 工艺参数优化

（1）参数优化为降低裂纹风险，工艺优化思路如下：减缓加热速度可以减少淬硬层的温度差，避免次表层过热导致晶间强度降低形成微裂纹，以及减小次表层后发生转变体积膨胀产生的组织应力；淬冷烈度降低，使得零件在马氏体转变区缓冷，获得比体积均匀一致的马氏体组织；降低淬火温度，以降低随后淬火冷却过程中产生的热应力及组织应力。

优化方案：如前所述，在满足感应淬火层深技术要求的前提下，可通过降低加热功率、扫描速度、喷淋流量，以及延迟淬火时间等方法对感应淬火工艺进行优化，以解决齿圈裂纹问题。工艺参数优化见表2。

（2）生产验证对优化的A、B、C、D四组工艺进行小批量实践生产验证，结果见表3。在优化工艺的小批量实践生产中，前面三组A、B、C三种工艺依然发现有齿圈开裂，磁痕显示如附图所示。

而第D组工艺在小批量试生产未发生齿圈裂纹现象。后续采用该优化的D工艺生产了36件齿圈，未发现齿圈裂纹。小批量生产结果表明，优化的感应淬火工艺（功率降低24%、扫描速度降低25%，喷淋流量降低15%，淬火延迟8s），降低了齿圈的开裂风险。