轮毂轴感应热处理工艺开发

轮毂轴（见图1）是汽车轮边减速器中重要的零部件，其质量对汽车整车质量有非常大的影响，汽车行业对其性能要求也越来越高。轮毂轴的作用主要是作为承重件和为轮毂的传动提供精确引导，其既承受径向载荷又承受轴向载荷，因此对尺寸精度和形位公差要求较高，这就对其机加工及热处理等过程工序提出了更高要求。本文仅对其感应热处理工艺开发进行论述，寻求一种最佳工艺方案，以达到高效、低成本绿色制造的目的。

在城市规划的过程中，从哲学的整体性角度出发，城市规划某一要素的变动或实施，往往是“牵一发而动全身”的，城市规划过程的各个要素都是紧密联系在一起的。因此，城市规划的过程中对于空间、经济和文化方面的规划必然会影响到城市原始的生态环境。要考虑到二者的相互关系，城市规划会对城市生态环境产生影响，这种影响可以是积极的，也可以是消极的。若规划得当，必然会使得生态环境得到进一步的优化，城市整体质量水平得到进一步的提高。若规划不当，自然会破坏生态环境，同时也不利于城市居民的居住。生态环境也在一定程度上限制或者约束着城市的规划，因为城市规划必须要从本城市实际的情况出发，所以，生态环境也是规划不可避免因素。

图1 轮毂轴

一、轮毂轴感应热处理技术要求

轮毂轴采用模锻工艺进行生产，主要生产工艺为：模锻→粗车→调质→精车→感应热处理→精磨→总成装配，其材质为42CrMo，调质后的硬度为250～280HBW，材料化学成分的检测结果如表1所示。

表1 轮毂轴化学成分检测结果（质量分数） （%）

C S Si Mn P Cr Mo 0.42 0.0059 0.26 0.77 0.012 1.16 0.17

图样技术要求：感应热处理有效硬化层深4～7mm，R1、R2处允许3～7mm，φ89mm外圆端角部允许6～13mm；淬硬区如图2所示，表面硬度50～64HRC；金相组织为针状马氏体，级别为3～8级。

图2 轮毂轴淬火区域

二、轮毂轴感应热处理工艺开发

1.感应加热方式

根据轮毂轴淬火区域分析：轮毂轴为变截面台阶轴，同时要求圆角感应淬火且110～120mm范围内硬化层连续，因此本次工艺开发中的感应加热方式选择同时加热淬火即一次加热淬火，此加热方法是将淬火工件需要淬火硬化的区域同时置于感应器中加热，达到加热温度后同时冷却；此加热方式由于工件淬硬区域感应器的相对位置不变，淬硬层较均匀，且操作简单，生产效率较高，但对电源功率要求必须足够大，以满足淬火需求。

2.感应器的设计及制作

根据轮毂轴淬火区域及加热方式需要，本次感应器整体上为半圈式矩形感应器，由于要兼顾不同直径的轴向及圆角加热，因此轴向加热的有效圈需尽可能做成仿形结构，周向加热的有效圈需旋转一定角度(一般情况为45°)，以满足变截面处平面及圆角的加热，同时在有效圈导体装上“Π”形导磁体，使电流最大集聚在导体表面，以提高加热效率。本工艺开发中的轮毂轴存在两个圆角R1、R2需同时加热且淬火温度相当，这就需要对圆角R1、R2处加热的有效圈长度及“Π”形导磁体进行合理的分配，确保淬火温度一致，这就需要多次的工艺试验来确定最终的分配比例。

有效圈内径的设计可参考D＝d+2a（其中d为零件直径，a为零件和感应器有效圈之间的间隙），在感应器设计中为了防止轮毂轴花键的顶部温度过高，此处工件与感应器有效圈内径之间的距离a取最小值6mm；有效圈的高度按照H＝（1.05-1.2）L（L为淬硬区域的长度）设计。本感应器设计中L取淬火区域要求的最小值，系数取1.1；实际设计感应器过程中有效圈的高度H总比淬火区域长，这是因为感应淬火时工件的淬硬区存在边缘效应，导致在实际淬火过程中工件淬硬区的两端淬硬层浅而中间深，因此在感应器设计时感应器有效圈的高度比淬火区域长，以保证淬火区域及淬火硬化层深满足技术要求；冷却装置采用4个喷水盒固定在感应器上，均匀分布在轮毂轴周围，感应器及加热方式如图3所示。

图6表示铬的剪切力随压力(P-t)的变化关系图.从3～19 GPa，剪切力可以拟合为：t=-0.122(25)+0.046(2)P(GPa).可以看到，在超过19 GPa后，t变化非常缓慢，说明此时铬由于塑性形变而达到屈服，此时的剪切力为0.72 GPa.在68 GPa时，差应力达到最大值，且为0.95 GPa.

图3 感应器结构及加热方式

3.感应热处理工艺参数的确定

在感应器设计完成后，最重要的工序就是感应淬火工艺的调试，而在调试过程中频率、功率等与电源相关的加热参数是非常重要的。本次工艺开发中使用的设备为IGBT晶体管变频电源，采用ZTVC-2双工位淬火机床，输出最大功率350kW，工作频率为4～20kHz和20～80kHz两个频段。

虽然语料库建设在应用语言学领域受到了高度重视，但我们对语料库在语用的跨文化研究中所能起的积极作用持保留态度。首先要面对的一个现实问题，就是有没有现成的可供使用的口语语料库，囊括不同语言的具可比性的目标语料，目前来看语料库似乎不是一个特别理想的语料来源。

（1）频率的选择 频率的选择不是选择某一正确的频率值，而是选择最为合适的频率数量级，即合理的频率范围。合理的频率段在能量利用、工件质量等方面明显的优势，频率选择的合理可实现透入式加热，反之即为传导式加热，在感应加热过程中透入式加热要优于传导式加热。根据理论分析，频率的选择范围为15625/x2＜f＜250000/x2，一般情况下频率最佳值为f＝60000/x2，(x为淬硬层深度，mm)；经过计算本次工艺试验频率f取12kHz。

（2）比功率及电源功率的选择 在采用中频电源时，比功率P0＝0.5～2kW/cm2；一般情况下，电流频率越低，工件尺寸（直径）越小，要求的淬硬层深度越浅，选择的比功率就越大；反之，则选择的比功率越小。

根据零件加热面积，通过推荐的比功率计算和选择电源功率，电源功率可通过下式计算：

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式中 P——电源功率（kW）；

A——工件同时加热的表面积（cm2）；

（2）PoS：是当前数字货币的典型共识算法之一，在最早的点点币版本中，挖矿难度同代币数量与持有时间的乘积成反比。挖矿公式为：H(H(Bprev),A,t)≤balance(A)m×Age，其中 H 为某一哈希函数，H(Bprev)为对上一块进行哈希运算，t为时间戳，balance(A)为余额，m为事先定义值，Age为持币时间。目前改进方案中，权益与Age不再线性相关。由于不再花费大量时间进行运算，PoS速度较快，效率较PoW高。

P0——比功率（kW/cm2）；

η1——淬火变压器效率，常取80%；

η2——感应器效率，常取80%。

经计算选择的电源功率约为160kW。

（3）淬火冷却介质及冷却时间的选择 冷却方式采用感应加热淬火中最常见的喷射冷却；选用PAG水基淬火冷却介质，其浓度为3%～5%；由于采用的是一次加热淬火，因此冷却的喷射压力选择相对较大的0.25MPa；冷却时间根据tc=（1～2）tH 进行计算，tc要经过试用或修正后才能最后确定。冷却时间是否合适，主要表现为零件的表面硬度、硬化层深度及硬化层的金相组织是否符合技术要求。

（4）最终工艺参数 经过多轮工艺调试最终确定工艺参数如表2所示。

感应热处理后的轮毂轴如图4所示。

表2 轮毂轴感应淬火工艺参数

参数类型 数值电压/V 550电流/A 300功率/kW 165频率/kHz 12匝比 12:1加热方式 一次加热淬火加热时间/s 25淬火冷却介质 PAG淬火剂介质浓度（%） 3～5介质压力/MPa 0.25冷却时间/s 35回火温度/℃ 160～180回火时间/min 120

图4 感应热处理后的轮毂轴

三、轮毂轴感应热处理结果检测

1.淬火宏观形貌

感应热处理后的零件经磁粉无损检测，未发现任何淬火缺陷后对零件进行解剖切样，其淬火宏观形貌如图5所示，轴向淬火长度118mm；周向淬火直径111mm，满足轮毂轴管技术要求中对淬火区域的要求。

图5 轮毂轴淬火区域宏观形貌样件

2.硬度检测

硬度值检测直接在轮毂轴宏观形貌检测，由于淬火区域比较大，为保证硬度值检测的真实全面，因此确定了硬度的检测区域A、B、C、D、E、F共6个位置点（见图5），硬度值检测结果如表3所示，硬度值均满足表面硬度50～64HRC的技术要求。

3.淬硬层深度

感应热处理的淬硬层深可采用金相法或者硬度法，本次检测采用硬度法（临界硬度取45HRC），由于轮毂轴属于变截面轴，其各个位置淬硬层深度也不同，选取a、b、c、d、e、f、g、h共8个位置点的层深进行检测（见图5），淬硬层深度检测结果如表4所示，淬硬层满足有效硬化层深4～7mm的技术要求。

表3 轮毂轴感应热处理硬度值检测结果

位置点 A B C D E F硬度HRC 58.5 57.5 60.0 57.5 59.0 57.5

表4 轮毂轴感应热处理淬硬层深检测结果

位置点 a b c d e f g h淬硬层深/mm 4.24 3.81 11.25 3.10 5.63 5.47 5.56 6.51

4.金相显微组织及评级

依据标准JB/T 9204－2008对金相组织进行检测，金相显微组织为回火马氏体，如图6所示，评级为4～6级，满足技术要求。

2011年5月浮选车间进行了土建施工，随后进行了浮选设备招标安装及电控系统的安装。并组织公司安监人员对浮选车间安全设施进行了预先检查，对存在的安全隐患限定整改时间，确保了浮选车间高质量建设和设备安全运行。。

图6 轮毂轴感应热处理金相显微组织

四、结语

（1）经过检测轮毂轴的淬火形貌、硬度、淬硬层深、金相显微组织及组织评级的检测结果均满足技术要求。

从比较优势理论角度来看，各国要素禀赋的差异导致的产品价格差异产生了国际贸易。凯恩斯的宏观经济理论提出收入变化将影响消费者的购买力，因此收入也是影响贸易需求的重要因素。根据需求弹性的相关定义和上述理论，中国乳制品进口需求主要受进口价格和消费者收入两方面的影响。假设将中国乳制品年进口量Q作为模型的因变量，将经济环境中影响乳制品进口的因素作为自变量，估计进口的需求价格弹性。

（2）合格的检测结果说明前期的感应器设计合理，感应热处理工艺调试及工艺参数的选择正确。

（3）轮毂轴的感应热处理工艺已经推向批量生产，到目前为止未出现任何淬火质量问题，类似产品在感应热处理工艺开发过程中可借鉴本文中的感应器设计原则及其工艺参数的选择。