作者：劉建明

單位：山東珠琳智造股份有限公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

1.概述

山東珠琳智造股份有限公司是工程機械四輪一帶的專業(yè)生產商，銷軸是四輪一帶里的重要部件，不僅需要承受一定的載荷，表面還需要一定的耐磨性。本文以171節(jié)距的銷軸（見圖1）為例，直徑為33.4mm，長度為183mm，材質為45B。技術圖樣要求熱處理工藝可采用兩種方式：①整體調質，然后表面進行高頻感應熱處理。②中頻感應加熱后噴淋淬火，表面和心部進行差別化硬度處理。出于成本控制和生產效率考慮，第②種熱處理方式成為市場的主流選擇。詳細的技術要求如下：淬硬層7～15mm（臨界硬度45HRC），表面硬度52～60HRC，心部硬度252～397HBS。

我公司的銷軸熱處理全部采用中頻感應加熱噴淋淬火工藝，但是淬火機床分為兩種，分別采取*控冷和*控溫來達到銷軸內外硬度差別化的目的。

2. *控冷中頻感應熱處理

此設備主要由自動上料機構、中頻感應線圈組成的2.8m長的加熱爐膛和三個壓淬冷卻工位組成，爐膛和冷卻工位之間靠移料伺服電動機和伺服推桿進行銜接。銷軸首先由自動上料機構上料，然后進入加熱爐膛進行加熱，加熱后移料伺服機構將加熱好的銷軸依次送到三個壓淬工位，然后由相應工位的伺服推桿推入壓輥進行噴水壓淬，壓淬的目的是防止彎曲變形超差。這種設備采取的是步進式生產方式，銷軸在爐膛內整體加熱至完全奧氏體化溫度，然后出爐進入壓淬工位進行噴液冷卻，依靠*控制噴水量和噴水時間來達到內外差別化硬化的目的。淬火完成的工件及時裝入臺車爐進行低溫回火。主要熱處理工藝參數(shù)如表1所示。

此工藝是采用較低的電源頻率來提高渦流透入深度，并在爐膛保溫一段時間，將工件整體加熱至Ac3以上，然后控制噴液進行冷卻。此工藝的優(yōu)點：①由于采用三個工位進行冷卻，生產效率較高。②過程控制較為穩(wěn)定。缺點：①此種冷卻方式無法保證整根軸各部分同時均勻冷卻，導致變形過大，必須依靠壓淬才能保證直線度。②增加了三個壓淬工位和移送料裝置使得設備構造較為復雜，設備故障率偏高，維護保養(yǎng)費用較高。

3. *控溫中頻感應熱處理

此設備主要由自動上料機構、兩個反向轉動的傳輸輥和在線感應回火爐組成。傳輸輥內從前到后依次布置預熱感應器、加熱感應器和環(huán)形噴水器。預熱感應器和加熱感應器通用，都是用8mm×12mm的矩形銅管制成的內徑為43mm的兩匝線圈。工件由自動上料裝置進行上料，傳送鏈將工件送入傳輸輥，工件在傳輸輥內依次經(jīng)過預熱感應器和加熱感應器完成加熱，然后直接經(jīng)過環(huán)形噴水器進行噴液冷卻，*經(jīng)由在線回火爐完成回火。這種設備采用的是邊加熱邊冷卻的生產方式，由于是連續(xù)生產，不同于步進式生產，需要連續(xù)噴水冷卻，噴水時間無法隨時啟停，工件直徑又比較小，很難僅通過調節(jié)噴水量來控制工件內外冷卻速度，只能依靠控制加熱來保證內外差別化硬化處理。主要熱處理工藝參數(shù)如表2所示。

此工藝預熱采用較低的電源頻率來提高渦流的透入深度，加熱采用稍高于預熱的頻率使工件表面迅速達到奧氏體化溫度，而心部仍處在Ac1～Ac3區(qū)間內，然后迅速經(jīng)過環(huán)形噴水器噴水冷卻。此工藝優(yōu)點：①設備結構較為簡單，維護保養(yǎng)成本低。②由于工件心部不需加熱至完全奧氏體化，淬火后直接使用在線回火，能有效地降低能耗，節(jié)能減排效果較為突出。③由于采用環(huán)形噴水器，工件徑向冷卻均勻，熱變形較小，直線度極好，無需壓淬。缺點是加熱時間必須控制精準，由于Ac1～Ac3溫度區(qū)間很窄，稍有不慎心部就會完全奧氏體化。

4. 檢驗分析

（1）硬度與淬硬層  結果如表3所示。

（2）金相組織如圖2～圖5所示

 圖2 *控冷淬硬區(qū)金相（ 回火M，500X）   

     圖3 *控溫淬硬區(qū)金相（回火M，500X）

    圖4 *控冷心部金相（ T+回火M+少量先共析F，500X）

    圖5 *控溫淬硬區(qū)金相（回火M+T+少量未溶鐵素體，500X ）

通過檢驗發(fā)現(xiàn)，兩種工藝的硬度都符合圖樣技術要求，近表面淬硬區(qū)金相無差別，都是均勻的回火馬氏體組織。心部組織也都是由回火馬氏體、屈氏體和少量鐵素體組成。心部組織的區(qū)別在于回火馬氏體和屈氏體組織占比不同，同時少量鐵素體的組織形態(tài)也不同?？乩涞男牟胯F素體是由于淬火時心部冷速較慢，先共析鐵素體沿晶界析出，而控溫的心部鐵素體呈塊狀分布，是加熱時的未溶鐵素體。由于鐵素體只在心部存在，且占比極小，對銷軸整體強度影響極小，但有利于提高銷軸的塑韌性和降低脆性。

5. 結語

兩種工藝不同之處就是*種熱處理工藝是用較低的頻率使工件內外透熱，然后靠*控冷，使工件內外冷速不同，讓表面和心部獲得不同的金相組織，從而得到不同的硬度。第二種熱處理工藝是預熱用較低的頻率來提高加熱深度，加熱用高于預熱的頻率來提高工件表面溫度，通過*控制每根銷軸通過感應器的時間來達到*控溫的目的，讓工件表面完全奧氏體化，而心部溫度仍處在Ac1～Ac3溫度區(qū)間內，在噴水冷卻時，表面得到完全硬化，心部屬于亞溫淬火，淬火后心部處于半馬氏體狀態(tài)，從而實現(xiàn)表面和心部的差別化硬化效果。兩種工藝生產出的工件都能符合圖樣技術要求，經(jīng)模擬撓度試驗，在200kN的彎曲載荷下，彎曲撓度差別不大，且經(jīng)市場兩年多使用驗證，無不良反饋。