异形轴感应加热淬火工艺

刘莹，米佩，涂伟

宁夏天地奔牛实业集团有限公司 宁夏石嘴山 753001

1 序言

某异形轴在第一次齿部淬火时，出现齿部淬火区域硬度不合格情况。经对不合格原因进行分析，认为感应器结构不合理是淬火区域硬度不合格的主要原因，后对感应器结构进行了改进，经生产验证，齿部淬火区域及硬度满足技术要求。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料及技术要求

异形轴材料为42CrMo钢，其结构及淬火区域如图1所示。淬火区域为图1中位置82mm尺寸区域，共4齿，每齿淬火部位相同，淬火区域内要求硬度＞50HRC，硬化层深度＞5mm。

图1 异形轴结构及淬火区域

2.2 第一次感应淬火试验

（1）感应淬火感应器结构及工艺参数 根据淬火部位结构及淬火技术要求，第一次设计的感应器结构如图2所示，采用的淬火工艺参数见表1。工件淬火时先加热一段时间，待加热到温后工件旋转至喷淋部位进行冷却。

表1 试验工艺参数

图2 第一次试验感应器结构

（2）感应淬火加热情况 在试验过程中，采用方案一工艺进行加热，出现轴淬火区域加热温度不能满足技术要求的情况，只有齿部尖角部位加热温度达到淬火温度，两侧部位温度未加热，实际加热区域如图3所示。后延长加热时间，采用方案二工艺进行加热，加热情况未有改善。说明淬火区域温度不足主要是因为感应器结构不合理。通过对感应器结构进行分析，认为虽然感应器结构能够覆盖所有需要淬火区域，但感应器在两侧面产生的磁耦合效率较低，导致两侧面加热温度不足，因此为提高感应器的加热效率，需重新设计感应器结构。

图3 第一次试验感应器加热情况

2.3 第二次感应淬火试验

（1）感应器结构改进 对感应器结构进行改进，主要是在感应器两侧面放置П形磁导体。图4所示为导磁体在感应器中的应用。其中，图4a所示为一个线圈上的电流分布；在加热过程中，由于集肤效应，在工件一侧的表面会形成图4b所示的电流分布；增加导磁体后会形成图4c所示的电流分布，显然此时电流被“集中”在槽口面处，从而提高了磁耦合效率[2]。改进后的感应器结构如图5所示。

图4 导磁体在感应器中的应用

图5 改进后感应器

（2）感应淬火试验 采用改进后的感应器结构及方案一工艺进行感应加热淬火，在加热过程中，目测所要求加热区域温度达到淬火要求，后对淬火部位进行淬硬层深度、硬度检测。

3 试验结果与分析

对淬火部位采用里氏硬度计进行表面硬度检测，表面硬度为55～57HRC，满足技术要求。对淬火部位采用线切割进行取样，经4%硝酸酒精腐蚀后观察试样宏观形貌，如图6所示。对淬火区域进行淬硬层深度检测[3]，结果见表2。

图6 试样宏观形貌

表2 试样硬度检测结果

从表2可看出，异形轴齿部感应淬火后，淬火区域表面硬度及淬硬层深度满足技术要求，说明在感应器两侧增加导磁体后，提高了磁耦合效率，从而可明显地提高两侧局部区域感应加热温度。

4 结束语

在感应淬火中，感应器结构的合理性是淬火的关键[4]，感应器的设计、选用水平高低直接关系到工件的淬火质量。如感应器结构设计不合理，即使调整工艺参数也很难达到预想结果。在类似异形轴齿部感应淬火时，可以通过在感应器两侧铜管上增加导磁体来提高磁耦合效率，从而得到所需的淬火质量。