外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺研究

GXF360 2017-08-23

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外花键轴及轴端面感应加热淬火工艺研究

□ 宁夏天地奔牛实业集团有限公司姬慧慧，米佩

摘要：通过对轴内孔进行喷冷却水的方法，解决了轴外花键淬火过程中由于热传递导致内孔变形超差的问题，花键淬火后硬度为42～47HRC，内孔透热温度＜150℃，变形＜0.05mm；采用扫描淬火方法，实现了轴圆周方向端面淬火工艺，端面淬火后表面硬度为45～50HRC。

关键词：花键轴；端面；感应淬火；硬度；变形

姬慧慧工程师

某外花键轴直径为390mm，内孔有效壁厚为40mm，内孔要求淬火后变形＜0.1mm，使用额定功率为250kW中频电源进行感应加热淬火，因花键直径较大，需要对花键部位进行预热后再加热淬火，因预热、淬火加热时产生大量的热量，内孔不喷淋冷却温度达到500℃，为了减少内孔变形，在淬火过程中对内孔进行喷淋冷却，从而减少了内孔变形量。

为了提高轴端面耐磨性，需要对轴圆周方向端面进行感应加

热淬火，原工艺方法采用整个端面感应淬火方法，感应器结构覆盖整个被加热端面，此种方法感应器制作成本高，感应器较重，随着淬火直径的变化，感应器通用性较差。为了避免以上不足，对感应淬火方法进行改进，改为端面扫描淬火方法。

一、试验材料及方法

1. 试验材料及技术要求

外花键轴结构如图1所示，技术要求如下：

（1）φ390外花键淬火，花键硬度42～47HRC，硬化层深度＞1mm，内孔变形＜0.05mm。

图1 外花键轴结构

（2）400mm尺寸右端面淬火处理，硬度45～50HRC。

2. 试验参数及方法

选择设备额定功率为250kW，使用感应器结构如图2、图3所示。

说明：因前期试验中内孔未喷冷却水，所以图2试验件内孔已发黑。

（1）外花键感应淬火试验方法采用图2所示感应器对外花键进行感应加热淬火，淬火工艺参数见表1，淬火过程中对内孔进行喷淋冷却。即在感应加热过程中单独拿出一路冷却水对内孔进行冷却，冷却部位随着感应器的移动而移动，以确保外花键加热时内孔传递的热量能够通过内孔冷却及时地消除，加热过程中测量内孔部位温度，最高为150℃。

（2) 轴端面感应淬火试验方法采用图3所示感应器结构对端面进行感应加热淬火，从结构可以看出，此种感应器的优点是结构简单，制作成本较低，重量轻，便于操作，且对于淬火区域只与淬火长度有关，不受淬火直径变化的影响。端面淬火采用工艺参数见表2。

二、试验结果与分析

（1）外花键感应淬火试验结果与分析对外花键采用里氏硬度计进行硬度检测，齿顶表面硬度为43.0～47.1HRC。对花键部位采用线切割进行取样，经4%硝酸酒精腐蚀后结果如图4所示，对齿根部位进行显微硬度检测，结果如图5所示。

从图4、图5检测结果得出，外花键感应淬火后花键表面硬度满足技术要求42～47HRC，齿根部位硬化层深度为1.2mm，符合技术要求＞1mm。检测内孔尺寸为φ290.06mm（热前尺寸为φ290.02mm），说明内孔喷冷却后尺寸满足图样要求。

（2）轴端面感应淬火结果与分析采用方案一工艺参数淬火时，因加热功率过大，感应加热2s后感应器烧化，未能完成淬火；采用方案二工艺参数淬火时，因感应器与端面之间间隙大，加热时端面温度达不到淬火温度，淬火后检测硬度30HRC，不符合技术要求；采用方案三工艺参数进行淬火后，检测淬火区硬度45～50HRC，符合技术要求。