■ 孔春花，張實地，張沈潔，李瑞卿，劉進營

材料為IE1671驅動輪軸（見圖1）是低速大扭矩軸，在車輛傳動總成中起傳遞力矩驅動輪子轉動的重要作用，為車輛的關鍵、安全件。由于感應熱處理的特點（表面局部加熱），該零件在花鍵尾部和臺階的尖角處感應加熱時，容易過熱，導致晶粒粗大，且由于該驅動輪軸結構較為特殊（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、馬氏體含量≥90%等多項技術要求），在保證淬硬層深的同時也容易過熱，導致R圓角部位晶粒粗大，端頭螺栓孔處距齒根部0.6mm易淬透，也容易使冷卻時冷速較快，相變應力、熱應力較大，再加上該材質淬透性又好，因此淬火時變形開裂傾向較大。

為解決這一難題，對該種驅動輪軸中頻感應淬火的工藝進行研究，通過電參數、工裝夾具設計和感應淬火工藝優(yōu)化等一系列試驗工作，研究出了一套適合該驅動輪軸生產的最佳工藝方案，降低了廢品率，同時達到高質量、低成本、低能耗的綠色制造目標。

圖1 材料為IE1671驅動輪軸示意

表1 驅動輪軸化學成分（質量分數） （%）

一、技術要求

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

技術要求：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 驅動輪軸零件取樣部位圖

二、感應淬火工藝參數

1. 工藝方案的確定

所用感應器為圓環(huán)感應器，其結構如圖4所示。感應器內徑φ178mm，感應器下端附一噴水圈。

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、零件的移動速度、加熱功率、感應器間隙的大小以及是否預熱等有關 IE1671驅動輪軸中頻感應淬火所采用中頻電源設備為：8000Hz、160kW。采用中頻感應淬火工件淬硬層深度一般在2～4mm，故采用中頻感應淬火該驅動輪軸時，要想達到7～16mm的淬硬層深度，用傳統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解決設備和零件本身所不能解決的問題。

（2）零件的移動速度 在其他條件不變的情況下，零件移動速度與其淬硬層深度成反比，即零件的移動速度越快，其淬硬層深度越淺；零件的移動速度越慢，其淬硬層深度越深；針對該零件，若采用中頻感應淬火應減慢零件的移動速度，但零件的移動速度太慢，會導致零件淬火溫度過高、零件淬火組織粗大、花鍵易淬裂等問題出現，故應通過試驗，調試出一合適的零件移動速度，以滿足其7～16mm的淬硬層深度技術要求。

（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_到淬火溫度的前提下），其淬硬層深度越淺。

（4）感應器間隙的大小 感應器間隙越大，加熱速度越慢，零件達到相變溫度的時間就越長，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得到了淬硬層深度，而中頻感應淬火是由次表層向外表面?zhèn)鳠岽慊饡r得到了一定的淬硬層深度。如果先預熱再實施連續(xù)加熱淬火，這樣能使零件透燒時間延長，淬硬層就會深一些，且表面溫度也不會過高。

圖4 IE1671驅動輪軸中頻感應淬火用感應器

2. 電參數的確定

（1）變壓比 根據感應器結構及實踐經驗，經工藝優(yōu)化試驗后取20∶1。

（2）電參數 經工藝優(yōu)化試驗后，電源電壓：U=500～600V；電流：I=100～120A；電容C設置在設備的1、3、6檔（左起）；功率因數：cosφ=1。功率大小：P花鍵取60kW；P光軸取65kW；功率表指數：9∶40。水壓：儀表讀數為10格?；鶞剩阄唬?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。淬火冷卻介質選用1%聚乙烯醇。

（4）驅動輪軸優(yōu)化后工藝編程如下（本試驗編程號為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

淬火后的零件經磁粉無損檢測，未發(fā)現任何缺陷。淬火后的零件的淬硬層深度檢測結果如表2、圖5所示。

淬火后零件硬度的檢測結果如表3所示。

淬火后零件的金相組織如表4、圖6所示。

表2 驅動輪軸淬硬層深

表3 驅動輪軸硬度值

表4 驅動輪軸淬火后的零件的金相組織

圖 5

圖 6

四、結語

（1）從生產的425件驅動輪軸零件的感應淬火件中隨機抽檢85件，測得淬火硬度值為51～54 HRC；硬化層深度為3～16mm（5處范圍要求），晶粒度≥5級，馬氏體含量≥90%，符合產品圖樣對零件的熱處理技術要求。

（2）所研究成功的淬火工藝、工裝和成套淬火裝置，可推廣應用于同類驅動輪軸的中頻感應淬火，且編程、操作方便實用，淬火過程簡單可靠，一旦工藝確定，整個淬火過程具有可靠的重現性，可確保淬火結果和淬火質量的穩(wěn)定性，同時對感應設備的拓展應用也獲得了進一步的提升。

（3）通過對該驅動輪軸感應淬火工藝研究發(fā)現，材料為國外牌號IE1671（相當于30CrMnMoB），wCr=0.5%時淬透性較強，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，加熱與冷卻間隙時間過短會造成硬度過高且組織粗大；通過化學成分檢測，本次試樣的wC=0.31%，針對本項目3309和3310卡特驅動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淬火領域內一向具有突破性進展的試驗工作。在熱處理生產過程中，淬火機床越來越得到廣泛的應用，能夠使我們在更加高效和精確的質量控制下，生產出符合環(huán)境保護要求、安全的高質量零件。

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

[2] 沈慶通.感應熱處理問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[3] 李瑞卿，張沈潔，孔春花，等.不同結構驅動輪軸零件的感應淬火工藝研究[J].金屬加工（熱加工），2015（S2）：126-129.

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