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半轴的表面淬火.pdf

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MaterialsandProcess工程机械第37卷2006年11月 材 料 ·! 工半轴的表面淬火 艺 江西新余市长林集团长林机器公司钟翔山钟礼耀 " !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! 摘要:针对半轴的多台阶变截面结构,分析了其表面淬火难点。通过对感应加热淬火的分析,提 ! ! ! 出了采用变参数中频连续淬火方案,经小批量生产验证及切剖检查表明,该方案能得到均匀的淬火! ! 层,满足设计使用要求,为进一步满足大批量生产需要,在现有设备的条件下,对该法存在的问题提出! ! ! 了改进设想。 "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !" ! 关键词:半轴表面淬火变参数中频连续淬火 半轴是驱动桥传递动力的主要零件之一。发动从图1看出,需要淬火的部位形状很复杂,截面 机转矩便是通过它推动车轮使机车前进的,而当机大小相差悬殊,从!21mm到!40mm共有6个 车改变速度及遇到道路颠簸时,它还要承受较大的台阶,这对于感应加热是最难处理的。 弯矩和冲击,因此,要求其具有高抗弯曲扭转和抗疲众所周知,感应加热时,感应器与工件间的间隙 劳性能,且要具有足够韧性。大小对加热效果有着重要影响,间隙越大,漏磁和磁 为提高半轴使用寿命,目前国内外多采用感应力线散逸损失就越大,感应器的效率也越低,故加热 加热表面淬火工艺,使其表面得到500~800MPa的效果越差。因此,对!40mm圆柱面适用的感应器, 残余压应力,较之调质方法可提高屈服强度50%,对!30.3mm、!28mm,尤其是对!21mm及!23 抗扭转疲劳强度提高20%~30%以上。mm来说效率就很低,甚至难以加热到淬火温度。若 某型号装载机的半轴也提出了表面淬火强化的分别采用对各尺寸相适应的感应器来加热,则在连 设计要求,但由于其结构与其它型号不同,为多台阶续淬火不停电情况下更换这些感应器又成了一个难 变截面结构,给热处理增加了许多困难。对此,本文题;如分段加热,途中停电更换感应器,势必留下多 讨论了多台阶半轴中频加热淬火的特点,介绍实现个过渡带,半轴表面的应力分布便从淬火面的压应 均匀连续淬火层的方法,为满足大批量生产要求,提力区跃迁到过渡带的拉应力区,造成使用性能大幅 出了进一步改进的设想。度下降。 因此,寻找非常规的加热方法以求得到均匀连 1半轴的热处理要求及主要难点 续的淬火层便成为半轴热处理的关键。 半轴的几何形状如图1,材料为45钢,表面淬 2感应加热方案的确定 火前先经调质处理硬度达200~230HB,A、B、C段表 面淬火部位硬度45~58HRC,淬硬层深2.5~5mm。获得均匀连续淬火层的感应加热方法,不外乎 同时加热淬火和连续加热淬火两种。 同时加热淬火所需功率与被加热面积成正比, 故一般用在淬火面积不大的场合。方法有大家熟知 的“满堂式”多圈感应器,布满全部被加热表面以达 3 . 90 1 380 24 2 223到同时加热的目的。另外,近年来又发展了“矩形感 !! ! !!! 应器”,利用横向磁场来加热零件。此法对变截面回 转体表面的均匀加热有良好效果,矩形感应器只要 按回转体母线大致仿形,则能达到均匀加热的目的, 已在“解放”、“东风”车的半轴、球轴销等零件上成功 图1半轴的几何形状应用;另一种方法是采用高频电流电阻加热淬火,高 —66— 第37卷2006年11月工程机械MaterialsandProcess 频电流直接通过零件,靠集肤效应和临近效应而被件,均满足了设计性能要求,切剖检查结果如图2材 料 约束在淬火零件表层,对表层加热。这些方法原则上所示,检测表明A段实际硬度为52HRC,B段硬度·! 均能均匀加热变截面表层,但所需设备功率都较大。为48～51HRC,C段硬度为54～55HRC,图中M表工 我厂现有感应加热设备功率较小,满足不了要求,勉示马氏体级别。艺 强使用,或则需时太长,变成整体加热淬火,失去表 面淬火特点;或则根本加热不够,无法淬火。目前只 能暂不考虑。 连续加热淬火则所需功率较小,是获得连续均 匀淬火层的最常用方法。对于等截面或截面变化很 小的淬火表面,只要各工艺参数稳定不变,则能很容 易地得到均匀连续加热层。对于变截面,能否实现连 续均匀淬火,理论上分析是可行的,但实际上还未见 有人做过。从加热原理上说,只要零件表面上能获得 完全相同的功率密度,则加热效果便会一样,也就能图2半轴试件的硬度检测结果 得到均匀加热层。变截面实现均匀连续加热的困难具体确定试验规范时,第一个棘手问题是如何 就在于截面的变化上:它既引起受热面积变化,从而安排感应器与工件间的间隙,由于间隙的加大将造 改变功率密度(设备输出功率不变的话),又引起感成感应器效率强烈降低