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        IE1671驅(qū)動(dòng)輪軸的感應(yīng)熱處理工藝

        2018-06-20 09:08:16孔春花張實(shí)地張沈潔李瑞卿劉進(jìn)營(yíng)
        金屬加工(熱加工) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:輪軸感應(yīng)器淬火

        ■ 孔春花,張實(shí)地,張沈潔,李瑞卿,劉進(jìn)營(yíng)

        材料為IE1671驅(qū)動(dòng)輪軸(見(jiàn)圖1)是低速大扭矩軸,在車輛傳動(dòng)總成中起傳遞力矩驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的重要作用,為車輛的關(guān)鍵、安全件。由于感應(yīng)熱處理的特點(diǎn)(表面局部加熱),該零件在花鍵尾部和臺(tái)階的尖角處感應(yīng)加熱時(shí),容易過(guò)熱,導(dǎo)致晶粒粗大,且由于該驅(qū)動(dòng)輪軸結(jié)構(gòu)較為特殊(R圓角淬硬層要求較深≥7mm;硬度≥47HRC、淬硬層深3~16mm有5處范圍要求、晶粒度≥5級(jí)、馬氏體含量≥90%等多項(xiàng)技術(shù)要求),在保證淬硬層深的同時(shí)也容易過(guò)熱,導(dǎo)致R圓角部位晶粒粗大,端頭螺栓孔處距齒根部0.6mm易淬透,也容易使冷卻時(shí)冷速較快,相變應(yīng)力、熱應(yīng)力較大,再加上該材質(zhì)淬透性又好,因此淬火時(shí)變形開(kāi)裂傾向較大。

        為解決這一難題,對(duì)該種驅(qū)動(dòng)輪軸中頻感應(yīng)淬火的工藝進(jìn)行研究,通過(guò)電參數(shù)、工裝夾具設(shè)計(jì)和感應(yīng)淬火工藝優(yōu)化等一系列試驗(yàn)工作,研究出了一套適合該驅(qū)動(dòng)輪軸生產(chǎn)的最佳工藝方案,降低了廢品率,同時(shí)達(dá)到高質(zhì)量、低成本、低能耗的綠色制造目標(biāo)。

        圖1 材料為IE1671驅(qū)動(dòng)輪軸示意

        表1 驅(qū)動(dòng)輪軸化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        一、技術(shù)要求

        材料及其工藝為:所用材料IE1671相當(dāng)于我國(guó)的30CrMnMoB,其化學(xué)成分分析如表1所示。取樣部位、不同位置之不同深度處硬度測(cè)量及金相組織分別如圖2、圖3所示。

        技術(shù)要求:①DB4.0。②H1、H2、H3處≥47HRC。③淬硬層深度,H1段:7~16 mm;H2段:7~12 mm;H3段:3 mm;位置A處≥7mm。

        圖2 驅(qū)動(dòng)輪軸零件取樣部位圖

        二、感應(yīng)淬火工藝參數(shù)

        1. 工藝方案的確定

        所用感應(yīng)器為圓環(huán)感應(yīng)器,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。感應(yīng)器內(nèi)徑φ178mm,感應(yīng)器下端附一噴水圈。

        圖 3

        (1)淬硬層深度 零件的淬硬層深度與采用的電源頻率的大小、零件的移動(dòng)速度、加熱功率、感應(yīng)器間隙的大小以及是否預(yù)熱等有關(guān) IE1671驅(qū)動(dòng)輪軸中頻感應(yīng)淬火所采用中頻電源設(shè)備為:8000Hz、160kW。采用中頻感應(yīng)淬火工件淬硬層深度一般在2~4mm,故采用中頻感應(yīng)淬火該驅(qū)動(dòng)輪軸時(shí),要想達(dá)到7~16mm的淬硬層深度,用傳統(tǒng)淬火工藝存在很大難度。為此,只能從淬火工藝方面加以考慮來(lái)解決設(shè)備和零件本身所不能解決的問(wèn)題。

        (2)零件的移動(dòng)速度 在其他條件不變的情況下,零件移動(dòng)速度與其淬硬層深度成反比,即零件的移動(dòng)速度越快,其淬硬層深度越淺;零件的移動(dòng)速度越慢,其淬硬層深度越深;針對(duì)該零件,若采用中頻感應(yīng)淬火應(yīng)減慢零件的移動(dòng)速度,但零件的移動(dòng)速度太慢,會(huì)導(dǎo)致零件淬火溫度過(guò)高、零件淬火組織粗大、花鍵易淬裂等問(wèn)題出現(xiàn),故應(yīng)通過(guò)試驗(yàn),調(diào)試出一合適的零件移動(dòng)速度,以滿足其7~16mm的淬硬層深度技術(shù)要求。

        (3)加熱功率 在其他條件不變的情況下,零件的加熱功率越大,其淬硬層深度越深;反之,零件的加熱功率越?。ㄔ诹慵苓_(dá)到淬火溫度的前提下),其淬硬層深度越淺。

        (4)感應(yīng)器間隙的大小 感應(yīng)器間隙越大,加熱速度越慢,零件達(dá)到相變溫度的時(shí)間就越長(zhǎng),因而其淬硬層深度也就越深;反之,其淬硬層深度越淺。

        (5)其他 零件的加熱是由表面向心部傳熱淬火時(shí)得到了淬硬層深度,而中頻感應(yīng)淬火是由次表層向外表面?zhèn)鳠岽慊饡r(shí)得到了一定的淬硬層深度。如果先預(yù)熱再實(shí)施連續(xù)加熱淬火,這樣能使零件透燒時(shí)間延長(zhǎng),淬硬層就會(huì)深一些,且表面溫度也不會(huì)過(guò)高。

        圖4 IE1671驅(qū)動(dòng)輪軸中頻感應(yīng)淬火用感應(yīng)器

        2. 電參數(shù)的確定

        (1)變壓比 根據(jù)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),經(jīng)工藝優(yōu)化試驗(yàn)后取20∶1。

        (2)電參數(shù) 經(jīng)工藝優(yōu)化試驗(yàn)后,電源電壓:U=500~600V;電流:I=100~120A;電容C設(shè)置在設(shè)備的1、3、6檔(左起);功率因數(shù):cosφ=1。功率大小:P花鍵取60kW;P光軸取65kW;功率表指數(shù):9∶40。水壓:儀表讀數(shù)為10格?;鶞?zhǔn)(零位):-534(80kW)。

        (3)淬火方式 選用連續(xù)式加熱淬火,噴液冷卻的淬火方式。淬火冷卻介質(zhì)選用1%聚乙烯醇。

        (4)驅(qū)動(dòng)輪軸優(yōu)化后工藝編程如下(本試驗(yàn)編程號(hào)為1001,具體如下):

        N10 S7

        N20 G0 X-86

        N30 S2

        N40 G4 F3.2

        N50 G1 X-152 F300

        N60 G1 X-196 F400

        N70 G1 X-293 F300

        N80 G1 X-485 F400

        N90 G4 F0.7

        N100 G1 X-534 F500

        N110 S2

        N120 G4 F19

        N130 S4

        N140 G4 F16

        N150 S2

        N160 G4 F19

        N170 S4

        N180 G4 F16

        N190 S2

        N200 G4 F24

        N210 G1 X-479 F400

        N220 G4 F1

        N230 G1 X-472 F185

        N240 S5

        N250 G1 X-337 F185

        N260 G4 F0.5

        N270 G1 X-293 F185

        N280 G4 F1.5

        N290 G1 X-152 F185

        N300 G4 F2

        N310 G1 X-128 F270

        N320 G1 X-86 F250

        N330 G4 F1.2

        N340 S4

        N350 G1 X-50 F500

        N360 G4 F13

        N370 G1 X-80 F500

        N380 G4 F28

        N390 S6

        N400 S8

        N410 G0 X0

        N420 M2

        三、淬火后金相組織檢測(cè)

        淬火后的零件經(jīng)磁粉無(wú)損檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。淬火后的零件的淬硬層深度檢測(cè)結(jié)果如表2、圖5所示。

        淬火后零件硬度的檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

        淬火后零件的金相組織如表4、圖6所示。

        表2 驅(qū)動(dòng)輪軸淬硬層深

        表3 驅(qū)動(dòng)輪軸硬度值

        表4 驅(qū)動(dòng)輪軸淬火后的零件的金相組織

        圖 5

        圖 6

        四、結(jié)語(yǔ)

        (1)從生產(chǎn)的425件驅(qū)動(dòng)輪軸零件的感應(yīng)淬火件中隨機(jī)抽檢85件,測(cè)得淬火硬度值為51~54 HRC;硬化層深度為3~16mm(5處范圍要求),晶粒度≥5級(jí),馬氏體含量≥90%,符合產(chǎn)品圖樣對(duì)零件的熱處理技術(shù)要求。

        (2)所研究成功的淬火工藝、工裝和成套淬火裝置,可推廣應(yīng)用于同類驅(qū)動(dòng)輪軸的中頻感應(yīng)淬火,且編程、操作方便實(shí)用,淬火過(guò)程簡(jiǎn)單可靠,一旦工藝確定,整個(gè)淬火過(guò)程具有可靠的重現(xiàn)性,可確保淬火結(jié)果和淬火質(zhì)量的穩(wěn)定性,同時(shí)對(duì)感應(yīng)設(shè)備的拓展應(yīng)用也獲得了進(jìn)一步的提升。

        (3)通過(guò)對(duì)該驅(qū)動(dòng)輪軸感應(yīng)淬火工藝研究發(fā)現(xiàn),材料為國(guó)外牌號(hào)IE1671(相當(dāng)于30CrMnMoB),wCr=0.5%時(shí)淬透性較強(qiáng),直接影響淬硬層深,即淬透性與淬硬層深成正比;同一種材料相同層深的條件下,加熱與冷卻間隙時(shí)間過(guò)短會(huì)造成硬度過(guò)高且組織粗大;通過(guò)化學(xué)成分檢測(cè),本次試樣的wC=0.31%,針對(duì)本項(xiàng)目3309和3310卡特驅(qū)動(dòng)輪軸不同批次碳含量的偏差直接影響淬火硬度,即相同狀態(tài)、相同工藝下含碳量與硬度成正比。

        (4)該研究成果可歸屬于感應(yīng)淬火領(lǐng)域內(nèi)一向具有突破性進(jìn)展的試驗(yàn)工作。在熱處理生產(chǎn)過(guò)程中,淬火機(jī)床越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用,能夠使我們?cè)诟痈咝Ш途_的質(zhì)量控制下,生產(chǎn)出符合環(huán)境保護(hù)要求、安全的高質(zhì)量零件。

        [1] 孔春花,馬春慶,張沈潔,等.拖拉機(jī)動(dòng)力輸出從動(dòng)軸的感應(yīng)淬火 [J].金屬熱處理,2010,35(6):125-128.

        [2] 沈慶通.感應(yīng)熱處理問(wèn)答[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

        [3] 李瑞卿,張沈潔,孔春花,等.不同結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪軸零件的感應(yīng)淬火工藝研究[J].金屬加工(熱加工),2015(S2):126-129.

        [4] 張沈潔,李瑞卿,孔春花,等.42CrMo鋼驅(qū)動(dòng)輪軸的感應(yīng)熱處理工藝[J]. 金屬熱處理,2016,41(1):43-47.

        [5] 林信智.汽車零部件感應(yīng)熱處理工藝與裝備[M]. 北京:北京理工大學(xué)出版社,1998:158-166.

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