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無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)

超輕、特輕軸承套圈(外徑與內(nèi)經(jīng)的比值≤1.143),在加工過程中,特別是在熱處理過程中容易發(fā)生畸變。其最終熱處理工藝一般采用馬氏體分級淬火,模壓淬火,有時(shí)也采用中碳鋼調(diào)質(zhì)后進(jìn)行氣體滲氮處理。以上傳統(tǒng)熱處理一方面工藝時(shí)間長,特別是氣體滲氮處理,獲得0.8mm的滲氮層需要耗時(shí)100h以上,整體淬火的畸變大,需要整形處理,因此能耗很大;另一方面淬火會出現(xiàn)油煙、硝鹽殘?jiān)龋菀自斐森h(huán)境污染,同時(shí)也存在一定程度的安全隱患。


滾動軸承零件采用感應(yīng)加熱淬火,其軸承的使用壽命比在爐中加熱淬、回火的提高10%~20%。同時(shí),感應(yīng)淬火的設(shè)備占地面積小,節(jié)約能源,勞動條件好,便于機(jī)械化,而且沿軸向掃描感應(yīng)淬火具有零件畸變小、無軟帶、氧化脫碳少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹了特大特輕軸承套圈的無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)及其應(yīng)用。


1、零件熱處理技術(shù)要求


某型號風(fēng)電增速箱用特大特輕軸承套圈材料為42CrMo,預(yù)處理為調(diào)質(zhì),硬度300HBW左右。零件尺寸規(guī)格見圖1,零件外徑與內(nèi)經(jīng)的比值為1.042。


圖1 軸承套圈示意


工藝方式為中頻感應(yīng)淬火,淬火部位為零件內(nèi)孔位置,如圖1所示虛線部位。硬度要求為52~58HRC,有效淬硬層深度為3~5mm(有效硬化層深度的測定按ISO3754),金相組織要求符合JB/T9204的規(guī)定?;円螅合嗯R點(diǎn)跳動控制在0.5mm以內(nèi),端面圓跳動控制在0.1mm以內(nèi)。


2、感應(yīng)淬火過程


(1)淬火加熱設(shè)備

加熱電源為IGBT全固態(tài)晶體管中頻加熱電源JIGC-500-10,最大加熱功率500kW,可調(diào)頻率1~10kHz。Ф1500mm×5000mm立式淬火機(jī)床。


感應(yīng)器由感應(yīng)加熱部分、淬火噴淋部分以及固定裝置構(gòu)成,感應(yīng)器與工件的間隙控制在4~6mm,采用延遲加熱淬火的方法進(jìn)行,具體加熱裝置如圖2所示。

圖2 感應(yīng)加熱裝置示意

1.感應(yīng)器加熱部分 2.感應(yīng)器噴淋部分 3.工件


(2)感應(yīng)淬火工藝參數(shù)

加熱采用沿套圈軸向方向掃描淬火的方式進(jìn)行,感應(yīng)器固定,套圈隨工作盤的轉(zhuǎn)動而進(jìn)行連續(xù)加熱。通過加熱電源輸入功率的調(diào)節(jié),即通過調(diào)節(jié)電流、電壓來控制工件感應(yīng)加熱時(shí)獲得的比功率,從而控制感應(yīng)加熱速度。感應(yīng)加熱工藝參數(shù)如表1所示。淬火結(jié)束后,對工件進(jìn)行200℃低溫回火處理。


1  軸承套圈感應(yīng)加熱工藝參數(shù)

電壓

/V

電流

/A

頻率

/Hz

加熱掃描移動速度/mm·min-1

工件旋轉(zhuǎn)速度

/轉(zhuǎn)·min-1

480

800

8000

150

100

3、檢測結(jié)果及分析


在零件感應(yīng)淬火區(qū)中部截取試樣,檢測結(jié)果見表2。

2  截取試樣檢測結(jié)果


有效淬硬層深度/mm

表面硬度HRC

金相組織/級

要求

3~5

52~58

3~9

實(shí)測

3.8

54.5

6

注:1.有效淬硬層深度的測定按ISO3754。

2.金相組織評定按照J(rèn)B/T9204。

實(shí)測顯微硬度值及硬度梯度曲線如圖3所示。


硬度梯度曲線


從以上檢測結(jié)果看,表面淬硬層深度、硬度、金相組織等熱處理技術(shù)指標(biāo)均較好的符合技術(shù)要求的規(guī)定。由于采用沿軸向掃描淬火的感應(yīng)淬火技術(shù),所以淬火區(qū)域沒有軟帶區(qū)。使用便攜式里氏硬度計(jì)檢測實(shí)物淬火區(qū)域的硬度,均在54~56HRC,硬度均勻一致。


變形測量:相臨點(diǎn)跳動為0.30mm,端面跳動為0.05mm,符合技術(shù)要求。


電耗測定:按GB/T17358統(tǒng)計(jì)測算一個周期內(nèi)實(shí)際熱處理工藝電耗。經(jīng)測算,一個生產(chǎn)周期內(nèi),采用感應(yīng)淬火工藝的實(shí)際工藝電耗約為0.120kW·h/kg,采用整體淬火的實(shí)際工藝電耗約為0.306kW·h/kg,采用氣體滲氮的實(shí)際工藝電耗約為0.844kW·h/kg。由此可見,軸承套圈采用感應(yīng)淬火技術(shù)實(shí)際工藝電耗比整體淬火節(jié)能約60.8%以上,比氣體滲氮節(jié)能約85.8%以上。


生產(chǎn)效率方面,采用感應(yīng)淬火的套圈比整體淬火生產(chǎn)效率高約3倍,比氣體滲氮生產(chǎn)效率高約30倍。


4、結(jié)語


(1)通過合理的感應(yīng)器設(shè)計(jì)以及采取適宜的工藝參數(shù),特大特輕軸承套圈采用無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)可以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)果,此項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于批量生產(chǎn),工藝穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。


(2)沿軸向掃描感應(yīng)淬火技術(shù)解決了特大軸承套圈常見的感應(yīng)加熱軟帶缺陷,零件淬火區(qū)域硬度均勻一致。


(3)特大特輕軸承套圈采用無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)不僅節(jié)約了大量能源,還大幅提高了生產(chǎn)效率,縮短了制造周期,降低了制造成本。

作者:陳賀

單位:南京高速齒輪制造有限公司

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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