某型機(jī)車曲軸中頻感應(yīng)淬火工藝設(shè)計(jì)

1.感應(yīng)器設(shè)計(jì)  

根據(jù)技術(shù)要求及軸頸相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)淬火感應(yīng)器5個，即第1軸頸感應(yīng)器、第5和第6主軸頸感應(yīng)器、第10主軸頸感應(yīng)器、連桿頸感應(yīng)器、其他主軸頸感應(yīng)器。

鑒于曲軸感應(yīng)淬火時加熱時間較長，有效圈寬度按技術(shù)要求取中下限；有效圈包角β不宜過大，控制在40°～55°，根據(jù)具體的空間布局來設(shè)計(jì)，允許偏差±2°；有效圈與軸頸表面的間隙控制在1.5mm。

2. 工藝參數(shù)的選擇  

對于感應(yīng)淬火而言，主要工藝參數(shù)包含功率、電壓、電容、變壓比、加熱時間、冷卻時間及回火溫度等。各工藝參數(shù)選擇情況如下：

（1）功率  P =P0S，一般來說，比功率P0=0.5～2.0kW/cm2。但在實(shí)際工藝制定中，考慮到設(shè)備狀況老化、零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加熱時間長、硬化層深度要求深等，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，曲軸中頻感應(yīng)淬火的P0選擇要偏小，介于0.35～0.45kW/cm2之間；S為每個軸頸淬火加熱的總面積，以技術(shù)要求的硬化層中間值L作為計(jì)算基礎(chǔ)。

（2）電壓  根據(jù)計(jì)算出的功率設(shè)定電壓值調(diào)試范圍，以通過調(diào)試達(dá)到擬定的功率P為準(zhǔn)。

（3）頻率  根據(jù)分析，采用最低頻率6kHz，此刻機(jī)床電容匹配最大值1380kVAR，變壓比選擇4:1。

（4）加熱時間  保證一定的加熱時間，使淬火溫度大致介于880～930℃，且組織充分轉(zhuǎn)變。加熱層質(zhì)量：m=πL（R2-r2）/1000×7.85，加熱層所需能量：Q=CmΔt，匹配變壓器及感應(yīng)器的總效率根據(jù)傳導(dǎo)加熱理論及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取η=10%～15%，則加熱時間：t=Q/Pη(其中，R為軸徑圓半徑，r為加熱層極限處的圓半徑，C為比熱，Δt為從室溫加熱到淬火溫度之間的溫差。)

由于該曲軸要求硬化層深度深，感應(yīng)加熱采用較低頻率及一定的傳熱，所以需要較長的加熱時間達(dá)到理想的淬火溫度及合適的加熱層，具體試驗(yàn)加熱時間，按上述公式計(jì)算并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行微調(diào)。

（5）冷卻時間  以控制最終淬火余溫，既要保證組織轉(zhuǎn)變，又要防止油孔等危險(xiǎn)部位開裂，對于曲軸而言，一般將淬火余溫控制在180～240℃。

根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及上述分析，確定的國外某型曲軸的中頻感應(yīng)淬火工藝參數(shù)。

（6）回火溫度  依據(jù)其表面硬度要求，確定回火溫度在360～390℃。

3. 淬火冷卻介質(zhì)的選擇

我公司曲軸中頻感應(yīng)淬火常用的冷卻介質(zhì)為清水（適用于碳鋼曲軸）和AQ251水溶液（適用于合金鋼曲軸）。此前，我公司曾采用清水來進(jìn)行另一型號SAE5046鋼曲軸的中頻感應(yīng)淬火，軸頸過渡圓角處出現(xiàn)了淬火裂紋。對國外某型曲軸，為確保中頻感應(yīng)淬火的冷卻效果，同時降低油孔部位的淬裂風(fēng)險(xiǎn)，確定采用使用V300冷卻速度在70～80℃/S（30℃，靜止）的低濃度AQ251淬火冷卻介質(zhì)，這樣既能保證淬火冷卻介質(zhì)在高溫段具有較強(qiáng)烈的冷卻能力，又適度降低了低溫段的冷卻速度，可避免產(chǎn)生淬火開裂。采用KHR淬火冷卻介質(zhì)檢測儀測定的三者冷卻特性曲線如