單齒仿形感應加熱淬火工藝

原牙塊采用雙齒仿形感應器進行感應加熱淬火，因感應器結構復雜、制造精度要求高，國內感應器制造廠家制作的感應器精度高的價格昂貴、精度低的無法滿足使用要求，且因感應器較重，在使用中容易變形，目前無有效的校正方法，感應器使用一段時間后發生變形，嚴重影響加熱淬火質量，造成淬火質量不穩定，降低了工件的使用壽命。為了解決此問題，試驗制作單齒仿形感應器，并對單齒仿形感應加熱淬火工藝進行了研究。

一、試驗材料及方法

（1）試驗材料及技術要求

選用單齒牙塊進行淬火試驗，技術要求為：淬火后硬度≥50HRC，硬化層深度≥18mm。

（2）試驗參數及方法

選擇以下三種試驗方案。

第一種方案：采用多次加熱，每次加熱待工件透熱一段時間后再加熱，加熱頻率2kHz，加熱功率80kW。
第二種方案：加熱方法與第一種方案相同，加熱時間比第一種方案少60s，加熱頻率2kHz，加熱功率80kW。
第三種方案：加熱方法、時間與第一種方案相同，加熱頻率10kHz，加熱功率80kW。

牙塊在感應加熱淬火過程中，感應器與鏈窩之間間隙均勻，加熱后采用高溫測溫儀檢測得牙塊溫度在870～910℃，采用AQ251淬火冷卻介質進行淬火。

二、試驗結果與分析

1. 硬度檢測結果

對三種方案試驗的牙塊進行淬硬層深度檢測，牙塊淬火狀態如圖1所示，硬度切片取樣位置如圖2所示，硬度檢測結果如圖3、圖4、圖5所示，切片硬度如圖6所示（縱坐標為硬度50HRC以上距表面的距離）。在實際檢測中，三種牙塊硬度最高為59HRC，最高硬度基本相同，說明三種方案淬火后同種材料的淬火硬度相同。

圖1 牙塊淬火示意

圖2 牙塊硬度切片位置

圖3 方案一切片

圖4 方案二切片

圖5 方案三切片

圖6 牙塊切片淬硬層深度曲線

2. 結果分析

（1）從牙塊切片硬度檢測結果看出，采用方案一淬火后牙塊淬硬層深度最淺為18mm，最深為21mm，達到技術要求；采用方案二、方案三進行淬火后，淬硬層深度最淺為9mm，最深為15mm，未達到技術要求。
（2）對方案一、方案二切片淬硬層深度結果進行分析，理論計算，當頻率為2kHz時，理論淬硬層深度為DS=11mm，要想得到≥18mm的淬硬層深度，工件表面靠渦流加熱，大于渦流深度的區域必須靠熱傳導，有資料總結，當選擇加熱頻率時，頻率一般為0.33＜DS/d＜1（d為工件實際淬硬層深度），最佳頻率時，DS/d=0.5，采用前兩種方案工藝參數，工件加熱溫度均達到淬火溫度，第一種方案加熱時間長，工件加熱時除了靠表面渦流加熱，大于渦流深度的區域必須靠熱傳導進行加熱，因此加熱淬火后淬硬層深度達到技術要求，但對于第二種試驗方案參數，因加熱時間少，主要靠工件表面渦流加熱，利用熱傳導加熱時間較短，導致切片淬硬層深度不能滿足技術要求。
（3）對方案一、方案三切片淬硬層深度結果進行分析，理論計算，當頻率為10kHz時，理論淬硬層深度為DS=5mm，根據DS/d=5/15=0.33，屬于頻率選擇下限，此種加熱方法要達到≥18mm淬硬層深，工件表面靠渦流加熱無法滿足技術要求，大于渦流深度的區域主要靠熱傳導加熱，此種加熱方法加熱效率低，工件表面過熱度大，工藝難度高，不建議采用此種工藝方法。
（4）效率對比，對采用雙齒仿形感應器與單齒仿形感應器淬火效率進行對比，單齒仿形感應器淬火效率與雙齒仿形感應器相比降低了30%。
（5）提高了感應器使用壽命，原雙齒感應器使用壽命一般為3個月，現改為單齒感應器后正常使用壽命為9個月，感應器使用壽命提高了3倍。