車軸感應(yīng)淬火技術(shù)的發(fā)展

車軸是機車車輛中的部件之一,它直接關(guān)系到鐵道車輛行車安全。從19世紀(jì)中到20世紀(jì)初,各國對車軸的疲勞斷裂進行了大量的研究,如科學(xué)家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸車軸進行車軸疲勞斷裂的研究,日本也對實物車軸進行了大量的試驗研究。對車軸疲勞強度和疲勞斷裂機理已研究很清楚,但鐵路車輛車軸疲勞斷裂依然存在。例如,在俄羅斯僅1993年在運用的220～250萬根車軸中,因疲勞裂紋而報廢的就達6800根。法國在高速鐵路系統(tǒng)的定期檢修中,將輪座磨去0.5mm深,以防止再次裂紋萌生。在日本新干線使用的所有車軸,運行 45萬公里后,用磁粉探傷儀進行檢查,每年進行磁粉探傷的車軸總數(shù)約2萬根。隨著高速鐵路在世界各國的興起和不斷發(fā)展,對車軸的安全使用性能提出了更高的要求。強化車軸表面,是提高車軸斷裂的重要措施。無論是法國、日本還是德國對高速運行下的車軸都進行了大量的研究和應(yīng)用,日本、法國均采用低碳鋼制造車軸,并進行表面感應(yīng)淬火處理。日本新干線的使用結(jié)果表明,這種車軸經(jīng)表面感應(yīng)淬火后,克服了車軸的斷裂,確保了行車安全。車軸材料我國的機車、車輛均采用碳素鋼車軸,縱觀總體情況,應(yīng)該說碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。齒輪感應(yīng)淬火和滲碳、滲氮相比,具有節(jié)能、節(jié)約合金元素、生產(chǎn)周期短、勞動環(huán)境好以及可在線生產(chǎn)等優(yōu)點。對于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼,我國還沒有成熟的技術(shù)。由于各國的國情不同 ,技術(shù)觀點不同 ,選用的車軸材料不盡相同,但都屬于低碳鋼范疇。

感應(yīng)淬火低碳鋼車軸表面采用感應(yīng)淬火是提高其疲勞壽命為經(jīng)濟而有效的方法。日本對此進行了詳細的試驗研究 ,并成功地運用在高速鐵路上。日本新干線在這方面工作早在 1948年就開始了 ,碳素鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 ,再沿車軸縱向進行表面感應(yīng)加熱淬火 ,在淬硬層內(nèi)獲得非常細的馬氏體組織 ,使其表面硬度顯著增加?；ㄦI軸淬火、凸輪軸淬火、齒輪軸淬火分別用什么樣的軸類淬火機齒輪軸指支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件，一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑，機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。

曲軸淬火感應(yīng)淬火設(shè)備的技術(shù)

曲軸淬火感應(yīng)器，特別是半環(huán)型感應(yīng)器造價昂貴，因此如何降低造價，提率及增長使用壽命已成為主要的目標(biāo)。

已研制出固定式（靜止式）曲軸淬火感應(yīng)器，其特點是：加熱時工件不轉(zhuǎn)動，節(jié)能、，感應(yīng)器壽命長。

根據(jù)生產(chǎn)率和工件構(gòu)造，有幾種設(shè)備的技術(shù)可以適用以下四種主要操作：

1.周圍噴淋 一個專用的噴淋裝置將保護氣體帶給進行淬火的工件。它可以連接氣體或淬火液回路。在使用的時候，必須增加一個圍堵裝置以縮小需要氣體的區(qū)域。

2.手套式操作箱 對低產(chǎn)量和半自動生產(chǎn)方式而言，手套式操作箱方案是經(jīng)濟、簡單的方案。充氣室的簡化版早就被證明對于保護大、中、小復(fù)合的工件的氣體而言都適用。這個箱子的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際需要來訂制，通常在加工過程中是密封的，系統(tǒng)像半開口容器系統(tǒng)一樣簡單，以減少結(jié)垢。淬火機床具有兩個工位，淬火變壓器、感應(yīng)器共兩套,每個工位各一套。

3.充氣室 該設(shè)備的設(shè)計是用于大工件的，并需要有完整的全封閉的工作區(qū)域。從外部對工件的上下料操作需要一個自動化方案，并且需要適應(yīng)大部件。為減少旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動以及掃描臺或其他機械裝置產(chǎn)生的氣流的干擾，可以為系統(tǒng)額外添加一個局部噴淋器。

錐齒輪高頻感應(yīng)加熱淬火工藝

錐齒輪用于拖拉機產(chǎn)品中，其齒部要求高頻表面淬火，圓柱形感應(yīng)器進行工藝試驗,發(fā)現(xiàn)工件淬火硬度不均, 不能滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

與齒部形狀相一致的錐形感應(yīng)器,通過工藝試驗,滿足了產(chǎn)品技術(shù)要求。

產(chǎn)品的材質(zhì)為45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)硬度25-30HRC，齒部要求表面淬火，淬火硬度40-50HRC。

齒部高頻淬火采用感應(yīng)淬火設(shè)備。采用同時加熱噴水冷卻。高頻感應(yīng)淬火所用 感應(yīng)器為錐形感應(yīng)器,感應(yīng)器與齒部大端面之間間隙為2mm。

通過生產(chǎn)實踐，采用錐形感應(yīng)器對錐齒輪齒部進行高頻淬火，回火后測得齒部表面淬火硬度均在40-50HRC之間，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需求及產(chǎn)品技術(shù)要求。

提升齒輪硬度的方式：感應(yīng)加熱及淬火

齒輪旋轉(zhuǎn)淬火（使用環(huán)形感應(yīng)器）

旋轉(zhuǎn)淬火是的感應(yīng)齒輪硬化方法，并且它特別適用于中等大小的齒輪。在加熱期間旋轉(zhuǎn)齒輪以確保能量的均勻分布?？梢允褂铆h(huán)繞整個齒輪的感應(yīng)器。當(dāng)應(yīng)用感應(yīng)器時，有五個參數(shù)對硬度起主要作用：頻率，功率，循環(huán)時間，感應(yīng)器幾何形狀和淬火條件。通過加熱時間，頻率和功率的變化獲得的感應(yīng)淬火圖案。通常，當(dāng)僅需要硬化齒尖時，應(yīng)結(jié)合較短的加熱時間來施加較高的頻率和較高的功率密度。為了硬化齒根，使用較低的頻率。淬火的硬度層深度,取決于感應(yīng)設(shè)備的頻率和加熱時間,頻率越高或加熱時間越短,硬度層深度越低。

感應(yīng)淬火是一個兩步過程：加熱和淬火。兩個階段都很重要。在旋轉(zhuǎn)淬火應(yīng)用中有三種方法來淬火齒輪

1.將齒輪浸入淬火槽中。這種技術(shù)特別適用于大齒輪；

2.使用集成噴霧淬火“就地”淬火。中小型齒輪通常使用這種技術(shù)淬火；

3.使用位于感應(yīng)器下方的單獨的同心噴霧滅火塊（淬火）。淬火-蒸氣層，沸騰和對流熱傳遞的三個階段的經(jīng)典冷卻曲線不能直接應(yīng)用于噴射淬火。由于噴射淬火的性質(zhì)，兩個階段被大大抑制。同時，在對流階段期間的冷卻更嚴(yán)重。齒輪幾何形狀和轉(zhuǎn)速是在齒輪淬火期間對淬火流動和冷卻嚴(yán)重性具有顯著影響的其它因素。同樣重要的是避免感應(yīng)器和淬火系統(tǒng)相對于齒輪和齒輪擺動的偏心。即使齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪擺動將導(dǎo)致齒輪的特定部分在加熱期間更熱，因為不管旋轉(zhuǎn)，它將總是更靠近線圈。除了不均勻加熱以外，擺動還引起不均勻淬火，導(dǎo)致額外的硬度不均勻性和齒輪形狀變形。已經(jīng)報道，使用齒輪旋轉(zhuǎn)硬化技術(shù)而不是“逐齒”或“間隙”方法在齒根內(nèi)獲得更有利的壓縮應(yīng)力。05ｍｍ,系統(tǒng)的移動速度應(yīng)均勻平穩(wěn),能在規(guī)定的不同位置停留,在不同區(qū)域以不同的規(guī)定速度工作,這樣才能保證工件不同截面及尺寸過渡區(qū)的硬化層深度達到工藝要求,產(chǎn)品質(zhì)量連續(xù)、穩(wěn)定、可靠。