曲轴中高频感应加热淬火(高频淬火),前后工艺对比

   45钢具有良好的切削加工性,常用作曲轴、凸轮轴、齿轮、轴等,在机械制造中用量很大;但其淬透性较差,在热处理过程中,因加热或冷却不当,容易产生硬度不够、淬硬层深度不足,在工作中发生早期失效。因此,高频感应加热淬火时应使用冷却速度较快的淬火冷却介质,如水、盐水等。一般在调质、粗加工工序后可进行中频感应淬火,以提高曲轴表面的硬度,提高其表面耐磨性和疲劳强度。

   曲轴材质为45钢,热处理采取中频淬火,水冷。技术要求为:轴颈硬度55~63HRC,淬硬层深度≥2.5mm;法兰硬度≥55HRC,淬硬层深度≥2.4mm,淬火带宽>15mm;止推颈硬度≥40HRC,淬硬层深度≥1.5mm,淬火带宽≥5mm;金相组织要求为止推颈3~9级,其余3~7级。

   按表1参数进行中高频感应淬火后,主轴颈、连杆颈、止推颈均达到技术要求,而法兰硬度不合格,仅43~48HRC,经过金相分析,找到了硬度不够的原因,并进行了工艺改进。

                         表1  曲轴的中高频感应淬火工艺

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    经金相观察,法兰淬火组织中有块状残留铁素体,组织为8级,这是加热不足所形成的。将法兰的高频淬火工艺参数调整为:功率100kW,加热16s,冷却15s。试验结果显示,法兰3/4圆周硬度合格,为56~59HRC,1/4有淬火软点,硬度仅47~56HRC。将这部分做金相试块进行分析发现,组织中有网状托氏体,这是由于法兰加热表面积大,温度提高后局部冷却速度又太慢,托氏体沿晶界析出的缘故,导致硬度不够。

针对以上情况,我们采取了如下两种改进方案:方案一为转速不变,增大喷水压力至0.5MPa,提前0.5s喷水。方案二为提高转速,增大喷水压力至0.6MPa,提前0.5s喷水。

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   经以上两种方案处理的曲轴均进行抛丸处理,其淬火带均非常光亮,硬度为57~61HRC,方案二所得曲轴比方案一略高;淬火带宽19mm,淬硬层深度为2.8~2.9mm,符合技术要求。改进后的工艺参数与检测结果如表2所示。按方案二批量生产后,未发现异常,曲轴质量稳定。

45钢淬透性较差,只重视加热温度,不重视冷却是不科学的。45钢曲轴中频感应淬火必须快速冷却,以保证通过奥氏体最不稳定区(550℃左右)时,抑制非马氏体的转变。