单齿仿形感应加热淬火工艺

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作者：米佩，李白

单位：宁夏天地奔牛实业集团有限公司

来源：《金属加工（热加工）》杂志

原牙块采用双齿仿形感应器进行感应加热淬火，因感应器结构复杂、制造精度要求高，国内感应器制造厂家制作的感应器精度高的价格昂贵、精度低的无法满足使用要求，且因感应器较重，在使用中容易变形，目前无有效的校正方法，感应器使用一段时间后发生变形，严重影响加热淬火质量，造成淬火质量不稳定，降低了工件的使用寿命。为了解决此问题，试验制作单齿仿形感应器，并对单齿仿形感应加热淬火工艺进行了研究。

一、试验材料及方法

（1）试验材料及技术要求

选用单齿牙块进行淬火试验，技术要求为：淬火后硬度≥50HRC，硬化层深度≥18mm。

（2）试验参数及方法

选择以下三种试验方案。

第一种方案：采用多次加热，每次加热待工件透热一段时间后再加热，加热频率2kHz，加热功率80kW。

第二种方案：加热方法与第一种方案相同，加热时间比第一种方案少60s，加热频率2kHz，加热功率80kW。

第三种方案：加热方法、时间与第一种方案相同，加热频率10kHz，加热功率80kW。

牙块在感应加热淬火过程中，感应器与链窝之间间隙均匀，加热后采用高温测温仪检测得牙块温度在870～910℃，采用AQ251淬火冷却介质进行淬火。

二、试验结果与分析

1. 硬度检测结果

对三种方案试验的牙块进行淬硬层深度检测，牙块淬火状态如图1所示，硬度切片取样位置如图2所示，硬度检测结果如图3、图4、图5所示，切片硬度如图6所示（纵坐标为硬度50HRC以上距表面的距离）。在实际检测中，三种牙块硬度最高为59HRC，最高硬度基本相同，说明三种方案淬火后同种材料的淬火硬度相同。

图1  牙块淬火示意

图2  牙块硬度切片位置

图3  方案一切片

图4  方案二切片

图5  方案三切片

图6  牙块切片淬硬层深度曲线

2. 结果分析

（1）从牙块切片硬度检测结果看出，采用方案一淬火后牙块淬硬层深度最浅为18mm，最深为21mm，达到技术要求；采用方案二、方案三进行淬火后，淬硬层深度最浅为9mm，最深为15mm，未达到技术要求。

（2）对方案一、方案二切片淬硬层深度结果进行分析，理论计算，当频率为2kHz时，理论淬硬层深度为DS=11mm，要想得到≥18mm的淬硬层深度，工件表面靠涡流加热，大于涡流深度的区域必须靠热传导，有资料总结，当选择加热频率时，频率一般为0.33＜DS/d＜1（d为工件实际淬硬层深度），最佳频率时，DS/d=0.5，采用前两种方案工艺参数，工件加热温度均达到淬火温度，第一种方案加热时间长，工件加热时除了靠表面涡流加热，大于涡流深度的区域必须靠热传导进行加热，因此加热淬火后淬硬层深度达到技术要求，但对于第二种试验方案参数，因加热时间少，主要靠工件表面涡流加热，利用热传导加热时间较短，导致切片淬硬层深度不能满足技术要求。

（3）对方案一、方案三切片淬硬层深度结果进行分析，理论计算，当频率为10kHz时，理论淬硬层深度为DS=5mm，根据DS/d=5/15=0.33，属于频率选择下限，此种加热方法要达到≥18mm淬硬层深，工件表面靠涡流加热无法满足技术要求，大于涡流深度的区域主要靠热传导加热，此种加热方法加热效率低，工件表面过热度大，工艺难度高，不建议采用此种工艺方法。

（4）效率对比，对采用双齿仿形感应器与单齿仿形感应器淬火效率进行对比，单齿仿形感应器淬火效率与双齿仿形感应器相比降低了30%。

（5）提高了感应器使用寿命，原双齿感应器使用寿命一般为3个月，现改为单齿感应器后正常使用寿命为9个月，感应器使用寿命提高了3倍。

三、结束语

（1）感应加热淬火频率选择相当关键，一般建议采用透入式加热方法。

（2）采用单齿仿形感应器进行淬火处理后，硬度最高达到59HRC，淬硬层深度≥18mm。与原双齿仿形感应器相比，加热效率降低了30%，但对于此种关键产品，确保淬火质量的稳定性是关键，因此建议采用单齿仿形感应器。

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