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齒輪感應淬火影響硬化層因素有哪些呢?

熱處理淬火分為整體淬火和表面淬火,其中表面淬火的加熱方式一般采取感應加熱。感應加熱屬于快速加熱,所以加熱速度、電流透入深度、工件材料、淬火冷卻介質、冷卻透入深度等對于相變溫度、相變動力學和形成的組織都有很大的影響。生產中,針對感應淬火工件材料成分,一方面,確定感應淬火機床電源加熱頻率、輸出功率、感應器移動速度、感應器間隙等參數來控制加熱速度和電流透入深度;另一方面淬火冷卻介質、噴淋裝置的冷卻能力控制冷卻透入深度,通過調整兩個方面的因素來實現設計要求的淬火硬化層深度。

首先、技術要求

生產工件為大直徑偏心齒輪,齒輪由齒圈及偏心體兩部分組成,齒圈成分為45鋼,生產工序為齒部表面包齒淬火、回火。零件表面要求達到的表面硬度值為48HRC、淬硬層為3~5mm來滿足齒輪嚙合時的接觸強度、齒根抗彎強度及抗疲勞性能。

其次、感應淬火設備工藝參數

1、加熱溫度 齒圈原始組織為調質組織,由于中頻感應加熱速度快,加熱溫度可適當提高,45鋼加熱溫度控制在850~880℃。

2、頻率 850℃中頻電流透入深度計算公式

式中 d——透入深度;

μ——材料磁導率;

ρ——材料電阻率;

?——電流頻率。

根據試驗數據可以看出,隨著頻率的降低,深度值隨之增大,根據不同的硬度要求,中頻電流頻率一般要控制在8000Hz以下。

3、淬火冷卻介質 45鋼等形狀簡單零件可以直接選用自來水,控制淬火液溫度為18~50℃,采用連續淬火方法,加熱和冷卻淬火連續進行。冷卻噴淋裝置45°角噴淋工件。

再次、工藝試驗結果及分析

調整合適電參數符合工藝要求,對齒輪試樣進行淬火試驗,采用控制變量法,分別進行6組試驗,試樣齒部標號57~62。

根據數據顯示:

1、對比標號為57和58、60和62的兩組試驗數據進行分析,可知淬火液溫度對淬硬層的影響,表現為淬火液溫度在20~50℃時,淬硬層深度隨著淬火液溫度的降低而增大,且感應層深度的變化范圍為0.12~0.428mm,并且這一范圍隨著感應器移動速度的加快而增大。

由于淬火液溫度降低時,噴淋冷卻能力提高,冷卻透入深度增加,使得工件淬硬層增大,同時當移動速度加快時,感應器對齒部加熱與噴淋裝置噴淋時間間隔變短,進一步地提高了冷卻能力。

2、對比分析標號為59和60的數據,結果表明工件淬火時電源輸出功率對硬化層的影響,當功率增加13.5kW時,硬化層增加0.6mm左右。

由于感應加熱主要靠感應器對工件感應加熱的集膚效應,在工件表面形成渦流,越接近表面,溫度越高。當電源輸出功率增大時,渦流能量大,加熱速度快,同時工件相對靠內的位置溫度也高,從而達到淬火溫度。但在實際生產中,過大的功率會造成工件表面溫度過高,有淬火裂紋的傾向。

3、標號為59和61的數據表明感應器移動速度對硬化層的影響,在連續淬火時,當感應器移動速度增加50mm/min,硬化層將降低1mm左右,表現出移動速度影響非常大,工件感應加熱時,移動速度的快慢直接影響電流透入工件加熱的時間,選擇合適的感應器移動速度才能保證電流透入深度,達到要求的硬化層。

最后、結語

因電源輸出功率、頻率、感應器移動速度、淬火液成分及溫度等工藝參數均對硬化層深度有一定的影響,只有在生產中多次總結經驗,調整合適的工藝參數才能確保生產出合適硬化層且無裂紋的工件。

經過多次試驗分析及對試驗數據的總結,對于45鋼大模數齒輪表面感應淬火,感應器的移動速度選擇在120~150mm/min之間,設備功率選擇在39~45kW,設備頻率4200Hz,淬火液溫度控制在20~40℃可以得到3~5mm硬化層。

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