45鋼高頻淬火工藝及性能的研究

1、摘 要本文研究了感應(yīng)加熱表面淬火對(duì)于45鋼組織性能的影響，采用感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)對(duì)45鋼進(jìn)行表面強(qiáng)化，通過(guò)調(diào)整加熱時(shí)間及感應(yīng)電流等工藝參數(shù)，對(duì)所獲得試件的淬硬層進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，利用金相顯微鏡對(duì)試件淬硬層的組織、厚度進(jìn)行研究分析。同時(shí)與正火并調(diào)質(zhì)件進(jìn)行硬度、金相組織等方面的比較。結(jié)果表明經(jīng)過(guò)高頻感應(yīng)加熱淬火后45鋼的表面性能明顯改善，表面為淬火馬氏體，而心部仍為正火組織，使得試件既耐磨又有很強(qiáng)的韌性，所得的工藝參數(shù)將被作為生產(chǎn)實(shí)踐的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞： 45鋼 高頻感應(yīng)淬火 硬度 AbstractThe effect on the 45 steel performance after the

2、Induction Quenching is studied .we use the Induction Quenching technology to make surface hardening on 45 steel .We adjust Process Parameters such as heating time and induced current and make the Hardened layer hardness test to the specimen that we get .Then we do the micro-hardness test, later on e

3、mbed specimen and make the sample of the specimen .After that we analysis the thickness of Hardened layer on the micro-structural Microscope .For the other group of specimen , In order to obtain similar data with the first group ,we do quenching test of the specimen for measuring microstructure .The

4、 results showed that the 45 steel is improved after Induction Quenching . And the process parameters we got will be as a reference for production practice in the future.Key words： 45 steel High frequency induction quenching hardness 目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒 論- 1 -1.1 感應(yīng)加熱淬火工藝概述- 1 -1.2 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足-

5、 1 -1.3感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用- 2 -1.4 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展方向- 3 -1.4.1 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展- 3 -1.4.2 新型感應(yīng)加熱淬火技術(shù)- 3 -1.5 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及產(chǎn)生原因- 5 -1.6 45鋼感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用與研究- 6 -第2章 工藝方案制定與實(shí)驗(yàn)過(guò)程- 8 -2.1 總體實(shí)驗(yàn)步驟- 8 -2.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備的選取- 8 -實(shí)驗(yàn)材料的選取- 8 -2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選取- 8 -2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與方案的確定- 10 -2.3.1 正火預(yù)處理參數(shù)與方案的確定- 11 -2.3.2 高頻感應(yīng)加熱淬火處理參數(shù)與方案的確定- 11

6、-2.3.3 調(diào)質(zhì)處理參數(shù)與方案的確定- 11 -2.4實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程- 12 -2.4.1 試件的正火預(yù)處理- 12 -2.4.2 試件的高頻感應(yīng)加熱淬火處理- 12 -2.4.3 試件的調(diào)質(zhì)處理- 12 -第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析- 13 -3.1 試件經(jīng)高頻感應(yīng)加熱淬火后硬度的分析比較分析- 13 -相同感應(yīng)電流下淬火硬度的比較分析- 13 -3.1.2 相同加熱時(shí)間下淬火硬度的比較分析- 15 -3.1.3 試件回火后和回火前硬度的比較分析- 16 -3.2試件高頻感應(yīng)淬火回火與調(diào)質(zhì)硬度的比較分析- 17 -3.3 金相組織的比較分析- 18 -3.3.1 試件感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)前、后表面特征-

7、18 -3.3.2 試件感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)前、后金相組織- 19 -結(jié) 論- 21 -致 謝- 22 -參考文獻(xiàn)- 23 -第1章 緒 論 20世紀(jì)50年代，感應(yīng)熱處理開(kāi)始在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，當(dāng)時(shí)此工藝被稱(chēng)做“高周波淬火”。這門(mén)熱處理新工藝?yán)镁€圈電磁感應(yīng)加熱鋼鐵件是很新奇與吸引人的，它具有加熱快、局部淬火、節(jié)能、在線生產(chǎn)、便于自動(dòng)化等特點(diǎn)，很快為熱處理工作者所接受。當(dāng)時(shí)感應(yīng)淬火主要的目標(biāo)是，提高工件的耐磨性，代替滲碳與氰化，縮短時(shí)間周期與降低生產(chǎn)成本1。緒論中旨在介紹感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用與研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。1.1 感應(yīng)加熱淬火工藝概述 感應(yīng)加熱：工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入

8、中頻或高頻交流電 (300-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場(chǎng)在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000，而心部溫度升高很小。感應(yīng)加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。 高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加熱，如小模數(shù)齒輪及中小軸類(lèi)零件等。 中頻(110KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類(lèi)和大中模數(shù)的齒輪加熱。 工頻(50HZ)加熱淬硬層深度

9、為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑Ø300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。在感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使得工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到基體接近于0。利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到8001000，而基體溫度升高很小。由于感應(yīng)加熱工藝是瞬間的高溫、冷卻過(guò)程，金屬表面不僅會(huì)因迅速淬火而形成馬氏體，而且在經(jīng)過(guò)狹窄的淬硬區(qū)后還會(huì)得到感應(yīng)淬火前的預(yù)處理基體組織。1.2 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)不僅有效地改善金屬的表面性能（如硬度、

10、耐磨性、抗腐蝕性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能等)，與其他常用的表面處理工藝(如滲碳、調(diào)質(zhì)、表面滲氮等)相比，還具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）加熱速度極快，可擴(kuò)大A體轉(zhuǎn)變溫度范圍，縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間。 （2）淬火后工件表層可得到極細(xì)的隱晶馬氏體，硬度稍高（23HRC）。脆性較低及較高疲勞強(qiáng)度。 （3）經(jīng)該工藝處理的工件不易氧化脫碳，甚至 有些工件處理后可直接裝配使用。 （4）淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化。 （5）可進(jìn)行工件局部淬火該技術(shù)能精確地將工件需要進(jìn)行淬火的局部進(jìn)行進(jìn)行加熱，特別是在采用導(dǎo)磁體和使用高功率密度的情況下。（3）節(jié)能熱處理其能耗與滲碳、氮化、調(diào)質(zhì)相比具有極大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)工件淬火部位質(zhì)量與

11、整體質(zhì)量之差越大時(shí)，它的優(yōu)勢(shì)也越顯著。感應(yīng)熱處理常具有高的附加值。（4）快速熱處理感應(yīng)淬火的加熱時(shí)間以妙計(jì)，一般在214s之內(nèi)，生產(chǎn)周期亦短，特別是在采用自回火或隨機(jī)感應(yīng)回火情況下，此工序與機(jī)加工工序相似。為此，現(xiàn)代化的感應(yīng)加熱淬火裝備已經(jīng)安排在生產(chǎn)線或自動(dòng)線上。（5）清潔熱處理感應(yīng)淬火所用淬火液一般為水或具有添加劑的水溶液，淬火時(shí)，幾乎沒(méi)有油煙，勞動(dòng)環(huán)境好。（6）便于機(jī)械化及自動(dòng)化大批量生產(chǎn)的感應(yīng)淬火，一般均配有進(jìn)步梁送料、機(jī)械手取工件及機(jī)器人操縱感應(yīng)器等減少體力勞動(dòng)的裝置。然而，感應(yīng)加熱表面淬火也有其本身的不足： （7）工具費(fèi)用高需要專(zhuān)用工裝即感應(yīng)器熱處理爐一爐可裝多種工件加熱、滲碳、氮化

12、，而感應(yīng)淬火則要求一個(gè)部位一種感應(yīng)器，甚至要求一種專(zhuān)用定位夾具等，因此工具費(fèi)用高。它只適用于大批量生產(chǎn)一種或一種族的工件。（8）成套裝置投資費(fèi)用高和一般熱處理設(shè)備相比，感應(yīng)加熱成套裝置包括變頻電源、淬火機(jī)床、感應(yīng)器，以及附屬的冷卻水、淬水液循環(huán)裝置等，其投資費(fèi)用相對(duì)較高，維護(hù)技術(shù)及費(fèi)用亦比一般熱處理設(shè)備高2。1.3感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用高頻感應(yīng)加熱表面淬火是表面淬火方法中比較好的一種，主要應(yīng)用于承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變負(fù)荷作用的工件，要求表面層承受比基體更高的應(yīng)力或耐磨性，需對(duì)工件表面提出強(qiáng)化要求，適于含碳量We=0.400.50%的鋼材。目前被運(yùn)用于重型機(jī)械、軸承工業(yè)、石油鉆井、冶金機(jī)械、紡織機(jī)

13、械、建筑材料等領(lǐng)域外，還在以下領(lǐng)域得到應(yīng)用3 4。（1）汽車(chē)制造業(yè)汽車(chē)制造業(yè)廣泛地采用了熱處理技術(shù)，感應(yīng)加熱淬火的汽車(chē)零部件，已經(jīng)上升到占全部熱處理零件的50%左右。感應(yīng)淬火的目的除提高零件飛耐磨性以外，相當(dāng)部分是提高零件的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。典型零件有曲軸、凸輪軸、飛輪齒圈、半軸、等速萬(wàn)向聯(lián)軸器、變速叉、傳動(dòng)器軸、十字軸、減震器軸等。（2）拖拉機(jī)及工程機(jī)械除發(fā)動(dòng)機(jī)淬火零件與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)相似外，其行走部分有許多感應(yīng)淬火件，例如：驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、鏈軌節(jié)、銷(xiāo)、套、水泵軸、氣門(mén)搖臂、推土機(jī)刀片、拖拉機(jī)最終傳動(dòng)齒輪等。（3）機(jī)床制造工業(yè)機(jī)床制造中，感應(yīng)淬火件有主軸箱的變速齒輪、主軸、變速

14、叉、導(dǎo)軌表面以及各種小零件的耐磨部分。（4）鐵路運(yùn)輸60及以上的鋼軌全長(zhǎng)淬火的提高其強(qiáng)韌性的主要途徑之一，鐵道部以建立起10多條鋼軌感應(yīng)淬火生產(chǎn)線。此外，機(jī)床零件應(yīng)用感應(yīng)淬火的內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)零件,例如：曲軸、齒輪、軸等。1.4 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展方向 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外感應(yīng)加熱技術(shù)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)揮材料潛力、降低生產(chǎn)成本、改善設(shè)備性能、增加淬火裝置的容量、發(fā)展淬火機(jī)床、大量采用穿透感應(yīng)加熱淬火工藝、提高機(jī)械化和自動(dòng)化程度等方面都有了很大進(jìn)展。其中感應(yīng)加熱電源經(jīng)歷從機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組、電子管式高頻電源、晶閘管式中頻電源到晶體管超高頻和高頻電源的發(fā)展。其中晶體管器件電源具有

15、集大電流、高耐壓和高頻于一身的特點(diǎn),將來(lái)最有可能成為感應(yīng)加熱的主導(dǎo)電源。半導(dǎo)體功率器件在今后將向著大容量化、高頻、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、低導(dǎo)通壓降、模塊化和功率集成化方向發(fā)展。隨著加熱電源的發(fā)展，以及零件苛刻的要求，新的感應(yīng)熱處理工藝在提高零件的表面性能方面扮演著越來(lái)越重要的角色5。 新型感應(yīng)加熱淬火技術(shù)隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,各種機(jī)械設(shè)備的性能不斷提高。相應(yīng)的機(jī)械零件承載能力,運(yùn)行品質(zhì)、體積大小和服役條件也不斷升級(jí),因此研究它們的感應(yīng)淬火表面強(qiáng)化工藝有代表性意義。近年來(lái)在零件表面的感應(yīng)淬火工藝中存在兩種不同原理的熱處理,包括逐部淬火和在圓柱型感應(yīng)器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)淬火。出于生產(chǎn)率的考慮和機(jī)械零件的特點(diǎn),目前主要多采

16、用整體加熱感應(yīng)淬火工藝 。而為了能夠很好的滿足零件苛刻的要求，新型的感應(yīng)加熱淬火技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。（1）雙頻感應(yīng)加熱淬火雙頻感應(yīng)加熱淬火主要用于齒輪的表面強(qiáng)化。從20世紀(jì)90年代,美國(guó)采用中頻和高頻電源處理齒輪,先在中頻感應(yīng)器中加熱,然后迅速降到高頻感應(yīng)器中加熱,最后落入油中淬火。進(jìn)入21世紀(jì),直到最近幾年,美國(guó)公司6提出同時(shí)用雙頻感應(yīng)加熱進(jìn)行表面淬火,實(shí)現(xiàn)了齒輪的輪廓淬火。雙頻電流齒輪淬火是用中頻電流預(yù)熱齒輪齒溝部分,隨后立即用高頻電流加熱齒頂部分 ,得到沿齒輪廓的淬硬層。在汽車(chē)齒輪生產(chǎn)上應(yīng)用此種工藝,不但能同時(shí)加熱,且能掃描加熱。雙頻感應(yīng)加熱淬火的特點(diǎn)主要有：雙頻感應(yīng)加熱速度快、時(shí)間短、奧氏體

17、晶粒不易長(zhǎng)大,使表層呈細(xì)晶結(jié)構(gòu);快速加熱形成不均勻的奧氏體,轉(zhuǎn)變后的馬氏體組織中,殘余奧氏體數(shù)量較少;淬火時(shí)表層產(chǎn)生的壓應(yīng)力對(duì)提高硬度也有一定影響。雙頻加熱淬火技術(shù)可以得到更好的仿形淬硬層,對(duì)于提高齒輪疲勞強(qiáng)度、減小淬火變形等非常有利。（2）雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)雙頻感應(yīng)加熱是在一個(gè)感應(yīng)圈上同時(shí)供給中頻和高頻能量,即在一個(gè)感應(yīng)圈上施加摻和頻率,由一個(gè)中頻基礎(chǔ)振蕩迭加一個(gè)高頻振蕩組成。兩種頻率(MF和HF)的振幅能獨(dú)自控制,同時(shí)能調(diào)整MF和HF的輸出份額,齒面淬硬程度優(yōu)于齒根和齒頂,能達(dá)到工件的技術(shù)要求。這種同時(shí)雙頻感應(yīng)加熱能實(shí)現(xiàn)加速奧氏體化,具有熱處理質(zhì)量高、生產(chǎn)率高和變形小的優(yōu)點(diǎn),能適應(yīng)今天的經(jīng)濟(jì)

18、發(fā)展需求,這要?dú)w功于能獲得極細(xì)小的奧氏體晶粒和加熱時(shí)間短。也使它能實(shí)現(xiàn)自淬火,高能量的迅速加熱只加熱工件的表面層,下方的冷基體能很快傳熱,實(shí)現(xiàn)淬硬。（3）感應(yīng)加熱氣體滲氮及碳氮共滲感應(yīng)加熱氣體滲碳及碳氮共滲是將需要滲氮或氮碳共滲的零件感應(yīng)加熱到560,保溫一定時(shí)間。加熱過(guò)程通人氨氣進(jìn)行滲氮。改變加熱溫度、時(shí)間和通入的氨氣流量得到不同的滲層深度和滲層硬度。感應(yīng)加熱氣體滲氮具有升溫速度快,能在選定部位進(jìn)行局部滲氮、供給滲氮的活性氮原子充足、有脈沖滲氮和磁場(chǎng)滲氮特點(diǎn)、生產(chǎn)周期短、滲氮層脆性低等特點(diǎn)。（4）液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳是將處理工件和感應(yīng)加熱器一起浸于特殊的冷的液態(tài)活性介質(zhì)中,介質(zhì)具

19、有不同的化學(xué)組份和物理性能。選擇合理工藝參數(shù),在同一活性介質(zhì)中冷卻。感應(yīng)滲碳過(guò)程中工件表面受感應(yīng)高頻電流加熱,高密度和精確限定的高頻能量迅速加熱工件表面層至材料熔點(diǎn)以下的某一溫度。液體活性介質(zhì)在工件表面直接分解,產(chǎn)生大量原子態(tài)高活性碳,工件表面吸收并擴(kuò)散至一定深度。一般適用于鋼件、Ti合金和一些超合金 。這種新技術(shù)能確保處理工件的高的質(zhì)量、一致可靠的性能和長(zhǎng)的服役壽命。同時(shí)能節(jié)約成本、能源、材料和環(huán)境保護(hù)費(fèi)用。（5）高頻電阻感應(yīng)加熱表面淬火高頻電阻感應(yīng)加熱表面淬火7 8是把工件要淬硬的部分作為感應(yīng)器導(dǎo)體回路的一部分,用高頻電流對(duì)工件表面同時(shí)感應(yīng)加熱和電阻加熱,實(shí)現(xiàn)表面淬火。通高頻電流時(shí),工件表

20、層的一部分直接通電,由自身的電阻加熱。與此同時(shí),感應(yīng)器附近的工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,見(jiàn)圖,兩種作用加熱工件的表層和表面,達(dá)到淬火溫度后,切斷電源。更換不同的感應(yīng)器,可以加熱不同形狀的工件表面。由于加熱速度極快,加熱部分僅限于某一范圍,周?chē)吧钐幚涞牟糠盅杆賹?dǎo)熱,使加熱區(qū)激冷,實(shí)現(xiàn)自冷淬火。與傳統(tǒng)的高頻加熱相比,工件表面加熱電流更集中、密度更大、加熱速度更快。因此可以對(duì)工件表面實(shí)施高能量熱處理。高頻感應(yīng)電阻加熱表面淬火的特點(diǎn)：適用于齒條軸的齒條淬火和各種凸輪軸汽缸內(nèi)表面的強(qiáng)化。功率密度高、加熱速度快、畸變小、淬硬層淺。不需淬火介質(zhì),真空室等,無(wú)需發(fā)黑化處理。（6）高頻脈沖感應(yīng)加熱表面淬火用高頻脈沖

21、感應(yīng)加熱進(jìn)行淬火,使用2030MHz的高頻脈沖,通過(guò)感應(yīng)圈在毫秒級(jí)極短時(shí)間內(nèi)使工件表面急速加熱到淬火溫度,然后自冷。高頻脈沖感應(yīng)加熱綜合感應(yīng)加熱與高頻脈沖加熱的某些特點(diǎn),與其他熱處理工藝比較,淬火后具有高硬度、高耐磨性、良好的韌性和疲勞強(qiáng)度、以及微變形等特點(diǎn)。而且相應(yīng)的設(shè)備投資少,維修簡(jiǎn)單。感應(yīng)脈沖加熱淬火后的超常硬化,是有效的晶粒細(xì)化,高密度亞結(jié)構(gòu)及高的殘余應(yīng)力綜合作用的結(jié)果9。1.5 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及產(chǎn)生原因感應(yīng)熱處理常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有開(kāi)裂、硬度過(guò)硬或過(guò)低、硬度不均勻、淬硬層過(guò)深或過(guò)淺、淬硬層深度不均、表面局部燒熔等10。其原因歸納如下：（1）開(kāi)裂原因加熱溫度高、不均勻，冷卻過(guò)

22、快且不均勻；淬火液選擇不當(dāng)，冷卻速度過(guò)大；材料淬透性偏高，成分偏析，含有毒元素，存在缺陷；零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，技術(shù)規(guī)范不當(dāng)。（2）淬硬層深度過(guò)深或過(guò)淺的原因加熱功率過(guò)高（低）且加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（短）；電源頻率選擇不當(dāng)，并且在此情況下又沒(méi)有選擇合理的比功率與加熱時(shí)間；材料的淬透性過(guò)高或者過(guò)低；淬火液的溫度、壓力、成分選擇不當(dāng)。（3）硬度過(guò)高或過(guò)低原因材料含碳量偏高或偏低；回火溫度偏低或過(guò)高且回火時(shí)間不當(dāng)；淬火液成分、壓力、溫度選擇不當(dāng)；材料表面脫碳；淬火加熱溫度低組織尚未轉(zhuǎn)變等。（4）表面硬度不均勻的原因感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；引起加熱、冷卻不均勻；材料原始組織不良（帶狀組織、偏析、局部脫碳）。（5）表面

23、局部燒熔的原因 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；工件帶有尖、角、孔、槽；表面有缺陷；連續(xù)加熱或半圈旋轉(zhuǎn)加熱時(shí)，移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有突然停止現(xiàn)象。1.6 45鋼感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用與研究45鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，車(chē)軸是其中的一個(gè)應(yīng)用方向，對(duì)45鋼進(jìn)行合理的熱處理能有效提高車(chē)軸的使用壽命。車(chē)軸是一個(gè)變直徑的圓柱體 ,要實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)表面淬火在很大程度上取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造。加熱用感應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮 使被加熱零件的表面溫度均勻; 感應(yīng)器損耗小 ,電效率高; 感應(yīng)器冷卻良好; 制造簡(jiǎn)單 ,有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 ,操作使用方便。車(chē)軸加熱感應(yīng)器用矩形紫銅管制造成圓形感應(yīng)器 ,并通水冷卻 ,零件加熱后由用附

24、帶噴水圈進(jìn)行噴射冷卻。為了保證在感應(yīng)加熱中盡可能地減少漏磁 ,提高加熱效率 ,感應(yīng)器與零件之間的間距盡可能小 ,但要有足夠的間隙 ,保證使感應(yīng)器能與車(chē)軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)順利進(jìn)行10。首先，我國(guó)的機(jī)車(chē)、車(chē)輛均采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼車(chē)軸 ,縱觀總體情況 ,應(yīng)該說(shuō)碳素鋼車(chē)軸是成熟的、可靠的。對(duì)于高速列車(chē)車(chē)軸材料是選碳素鋼還是合金鋼 ,我國(guó)還沒(méi)有成熟的技術(shù)。由于各國(guó)的國(guó)情不同 ,技術(shù)觀點(diǎn)不同 ,選用的車(chē)軸材料不盡相同 ,但都屬于低碳鋼范疇11。在調(diào)質(zhì)或正火的基礎(chǔ)上再施加表面感應(yīng)淬火強(qiáng)化處理 ,可使服役壽命成倍地延長(zhǎng)。因此 ,這是提高車(chē)軸使用壽命的一種重要工藝方法。表面感應(yīng)強(qiáng)化對(duì)提高車(chē)軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度、減少對(duì)缺

25、口的敏感性和應(yīng)力集中十分有效。表面感應(yīng)淬火后 ,由于心部高的有效韌性和塑性 ,允許其硬化層有較高的硬度 ,以保持高的耐磨性、 強(qiáng)度和殘余壓應(yīng)力 ,充分發(fā)揮材料抗疲勞的潛力。國(guó)外對(duì)車(chē)軸高頻感應(yīng)淬火從過(guò)去的局部淬火、 分段淬火 ,發(fā)展到現(xiàn)在的表面全長(zhǎng)淬火。其次，加熱溫度和加熱時(shí)間當(dāng)材料和原始組織一定時(shí),相變溫度隨著加熱速度增大而提高,為得到合格的淬火組織,相應(yīng)的淬火溫度也隨之提高。車(chē)軸感應(yīng)加熱升溫速度一般在 30100 / s ,45鋼車(chē)軸的表面淬火加熱溫度選擇 890960 為佳 ,為了獲得較深的淬硬層深度 ,選擇上限加熱溫度。較長(zhǎng)的加熱時(shí)間和較高的加熱溫度 ,可獲得較深的加熱深度 ,反之 ,加

26、熱深度較淺。 據(jù)文獻(xiàn)介紹12 13，45鋼易淬裂的尺寸范圍為511mm，截面尺寸過(guò)小或過(guò)大均不易淬裂。由于由于車(chē)軸直徑較大 ,需要加熱深度較深 ,因此 ,選擇加熱功率 150220kW ,加熱時(shí)間 615s ,加熱溫度 920960 。 第2章 工藝方案制定與實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.1 總體實(shí)驗(yàn)方案本章根據(jù)對(duì)感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的了解，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段和已掌握的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，選取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，制定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)45鋼正火預(yù)處理，然后進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火處理與調(diào)質(zhì)處理。并測(cè)量試件經(jīng)感應(yīng)加熱淬火與調(diào)質(zhì)后的硬度，最后觀察試件感應(yīng)加熱淬火后的進(jìn)行組織。先對(duì)原始正火組織的45鋼試件采用不同的加熱時(shí)間參數(shù)和不同的感應(yīng)電流參

27、數(shù)，對(duì)具有等同的原始正火組織的45鋼進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱表面淬火處理，并進(jìn)行水淬，然后進(jìn)行顯微硬度的測(cè)量，比較幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。選出性能最優(yōu)的試件進(jìn)行金相組織的測(cè)試和觀察。之后進(jìn)行回火。然后對(duì)具有等同的原始正火組織的45鋼進(jìn)調(diào)質(zhì)熱處理，之后進(jìn)行顯微硬度的測(cè)量。并和感應(yīng)加熱淬火并回火的試件進(jìn)行比較。2.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備的選取實(shí)驗(yàn)材料的選取 本實(shí)驗(yàn)選用的是實(shí)驗(yàn)室中的20mm的45鋼棒材，使用切割機(jī)將其截成11個(gè)高度為10mm的試件備用。2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選取本課題研究的是車(chē)軸（45鋼）高頻感應(yīng)加熱淬火熱處理，擬采用不同的加熱功率、溫度、時(shí)間、冷卻、回火等工藝參數(shù)的組合，通過(guò)檢測(cè)試件截面硬度、金相組織

28、等進(jìn)行對(duì)比，以期獲得45鋼車(chē)軸優(yōu)異的機(jī)械性能，從而探究出高頻感熱處理的優(yōu)化工藝，為工具生產(chǎn)制造提供新的工藝途徑。所以選取合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以讓預(yù)設(shè)的各種參數(shù)和測(cè)量出的數(shù)據(jù)精確而全面。（1）SP-15系列中、高頻感應(yīng)加熱焊接設(shè)備（圖2-1）圖2-1主要用途：金剛石工具焊接、車(chē)刀焊接、貴金屬熔煉、錘子淬火、鉆頭熱軋。技術(shù)參數(shù)：最大振蕩功率：15KVA 振蕩頻率：30100KHZ 輸入電壓：?jiǎn)蜗?20V,50或60HZ 冷卻水要求：0.2Mpa,25L/min負(fù)載持續(xù)率：80% 自動(dòng)控制型的計(jì)時(shí)功能：加熱時(shí)間、保溫時(shí)間、冷卻時(shí)間(199s)分體式主分機(jī)連線長(zhǎng)度：2m（最長(zhǎng)可定制6m）主要特點(diǎn)：采用MO

29、SFET功率器件和我公司第一代變流控制技術(shù)。特別輕巧，只有1830KG左右。操作簡(jiǎn)單，幾分鐘即可學(xué)會(huì)。安裝簡(jiǎn)單，只需接電源和水即可，無(wú)需專(zhuān)人安裝。自動(dòng)控制型可調(diào)節(jié)加熱、保溫過(guò)程的功率和時(shí)間，有利于提高加熱質(zhì)量的重復(fù)性簡(jiǎn)化工人操作。分體式機(jī)型主要用于工作環(huán)境臟、高溫、有腐蝕性等惡劣條件。（2）Leica DMI5000MMDS倒置金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)（圖2-2） 用于觀察分析材料的金相顯微組織，具有高性能無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)、完善的觀察功能、先進(jìn)的圖像采集分析系統(tǒng)，可進(jìn)行自動(dòng)智能管理、控制操作、圖像分析并生成報(bào)告。主要技術(shù)指標(biāo)：光學(xué)系統(tǒng)：校正多重色差，消除雜散光干擾目鏡：25mm寬視場(chǎng)雙目鏡物鏡：

30、5、10、20、50、100倍平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡轉(zhuǎn)盤(pán)：5位電動(dòng)控制觀察方式：明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏光載物臺(tái)：127x83mm移動(dòng)范圍操作規(guī)程：根據(jù)要求選擇目鏡、物鏡、樣品托盤(pán)，從干燥器取出放于鏡座上。接通電源，啟動(dòng)主機(jī)和控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)載物臺(tái)的機(jī)械中心與顯微鏡光軸重合。將充分清潔、干燥的金相試樣放于載物臺(tái)上。粗調(diào)旋鈕，視場(chǎng)逐漸變亮，微調(diào)至圖像清晰。調(diào)節(jié)物臺(tái)旋鈕找到試樣的觀測(cè)區(qū)域。調(diào)節(jié)光強(qiáng)、孔徑光闌和視場(chǎng)光闌至視場(chǎng)亮度適中，圖象反差依需要而定。進(jìn)行金相組織觀察、攝取、保存及分析。工作結(jié)束，關(guān)閉電源，取下物鏡、目鏡放于干燥器中，蓋上鏡筒防塵蓋，載物臺(tái)調(diào)至低位。罩上儀器罩，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，填寫(xiě)儀器使用記錄。 圖2

31、-2 圖2-3（2）HXD-1000TMC/LCD顯微硬度計(jì)及圖象分析系統(tǒng)（圖2-3）儀器用于測(cè)定精密零件、金屬組織及滲碳等硬化層的顯微硬度，完成硬化層深度測(cè)量及曲線繪制，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)告存儲(chǔ)打印。還可用于觀察和拍攝金相顯微組織。包括機(jī)體、升降工作臺(tái)、物鏡壓頭轉(zhuǎn)塔、自動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、攝像照明系統(tǒng)、測(cè)微目鏡系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖象分析系統(tǒng)等。主要技術(shù)指標(biāo)：實(shí)驗(yàn)力：1000、500、300、200、100、50、25、10gf實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間： 560秒（12級(jí)）儀器操作規(guī)程：確認(rèn)儀器處于正常工作狀態(tài)，將試樣用不同方法固定在工作臺(tái)上，并粗調(diào)高度，嚴(yán)禁碰撞物鏡和壓頭。接通電源，啟動(dòng)主機(jī)和控制系

32、統(tǒng)，選擇載荷大小及保荷時(shí)間。微調(diào)手輪，視場(chǎng)逐漸變亮，至試樣表面像清晰為止。轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒找到試樣的待測(cè)部位。進(jìn)行自動(dòng)加載測(cè)量程序，測(cè)定各點(diǎn)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度及顯微硬度。測(cè)試中，如需調(diào)校壓痕位置和照明系統(tǒng)等，應(yīng)主動(dòng)報(bào)告。測(cè)試完畢，關(guān)閉電源，將儀器恢復(fù)到使用前狀態(tài)，物臺(tái)降至低位。蓋上儀器罩，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，填寫(xiě)儀器使用記錄。2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與方案的確定2.3.1 正火預(yù)處理參數(shù)與方案的確定 正火是將鋼加熱到Ac3或Acm以上3050保溫，鋼全部轉(zhuǎn)化為均勻的奧氏體然后在室溫的靜止空氣中自然冷卻。本實(shí)驗(yàn)須先將所有試件進(jìn)行正火預(yù)處理，置于960箱式電阻爐中加熱15min后取出，在空氣中自然冷卻。2.3.2 高頻感

33、應(yīng)加熱淬火處理參數(shù)與方案的確定鋼制零件感應(yīng)加熱表面淬火后的組織與鋼號(hào)（即成分）、感應(yīng)加熱表面淬火前的原始組織、感應(yīng)加熱淬火條件（電流頻率）、感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)間以及回火等有關(guān)。所以只有在考慮以上因素的情況下才能通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲得理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。根據(jù)現(xiàn)有感應(yīng)加熱設(shè)備，原始組織為正火組織的45鋼，在感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)需要確定的是：加熱時(shí)間、感應(yīng)電流、回火時(shí)間和溫度。其中，對(duì)于加熱時(shí)間和感應(yīng)電流這兩項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)參數(shù)來(lái)說(shuō)，不能確定在什么樣的時(shí)間和電流下能夠達(dá)到預(yù)期的目的，故而需要進(jìn)一步采用實(shí)驗(yàn)手段來(lái)尋找最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。其余工藝參數(shù)比較成熟，根據(jù)所查文獻(xiàn)可以得出：45鋼平均含碳量為0.46

34、%，淬火方式為水淬；加熱溫度9101000；回火溫度200，回火時(shí)間1h。對(duì)于實(shí)驗(yàn)的分組，由于感應(yīng)加熱設(shè)備沒(méi)有頻率旋鈕，所以用不同感應(yīng)電流來(lái)模擬頻率，本實(shí)驗(yàn)選擇在三種不同感應(yīng)電流下而且每一電流值下分別加熱5s、8s、11s。具體感應(yīng)電流值為297A、355A、400A，將試件分別標(biāo)為19。2.3.3 調(diào)質(zhì)處理參數(shù)與方案的確定 調(diào)質(zhì)是淬火加高溫回火熱處理，其回火的溫度主要依據(jù)鋼的回火抗力和技術(shù)條件而定。目前已對(duì)各種工業(yè)用鋼測(cè)出了其機(jī)械性能隨回火溫度變化的曲線，可以為選擇回火溫度的依據(jù)。目的是使工件具有良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)淬火時(shí)要求整個(gè)截面淬透（而感應(yīng)加熱表面淬火則會(huì)形成一定的淬硬層），鋼經(jīng)高

35、溫回火后，得到由鐵素體和彌散分布于其中的細(xì)粒狀滲碳體組成的回火索氏體組織。45鋼的調(diào)質(zhì)工藝較為傳統(tǒng)和成熟，其冷加工性能不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來(lái)源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)的淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。將預(yù)備進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的試件標(biāo)記為10，45鋼的淬火溫度在900左右，保溫時(shí)間為1020min。保溫完成后立即投入水中進(jìn)行淬火，此操作要求迅速，以免試件發(fā)生正火，使硬度降低。45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560600，保溫時(shí)間1h，之后空冷。2.4實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程2.4.1 試件的正火預(yù)處理將11個(gè)截取好的相同45鋼試件置于已加熱至960的三相電阻爐中，保溫1h以上

36、，然后取出放在干燥清潔的地方空冷，準(zhǔn)備感應(yīng)加熱表面淬火實(shí)驗(yàn)。并取出一個(gè)試件測(cè)試其洛氏硬度和維氏硬度并觀察其顯微組織，和其他處理作對(duì)照，此試件標(biāo)為11。2.4.2 試件的高頻感應(yīng)加熱淬火處理按照感應(yīng)加熱設(shè)備使用說(shuō)明安裝其附件，并按照設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)備；然后按照2.3.2中操作規(guī)程逐個(gè)對(duì)試件1-9進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火。測(cè)試9個(gè)試件不同加熱時(shí)間、不同感應(yīng)電流下截面淬硬層的維氏硬度，打開(kāi)金相顯微鏡的電源，將試件放在金相顯微鏡上，擺正試件，調(diào)節(jié)焦距進(jìn)行觀察，調(diào)整視野，選擇較理想的鏡頭進(jìn)行拍照。拍照按照從邊緣到基體的順序進(jìn)行，從而便于分析試件邊緣至基體組織的變化，并對(duì)比感應(yīng)加熱淬火前的維氏硬度。 試件

37、的調(diào)質(zhì)處理 將三相電阻爐加熱到900，然后將試件10放入爐中加熱15min，取出后立即投入水中進(jìn)行淬火，然后將其放入另一加熱到600的爐中保溫1h，取出空冷。測(cè)量它的維氏硬度。第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3.1 試件經(jīng)高頻感應(yīng)加熱淬火后硬度的分析比較分析通過(guò)對(duì)試件11的硬度數(shù)據(jù)的分析，表明試件在感應(yīng)加熱表面淬火前的硬度介于15HRC20HRC之間，而在采用不同加熱時(shí)間和不同感應(yīng)電流參數(shù)進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，各試件的硬度、淬硬層不盡相同。本章以相同感應(yīng)電流不同加熱時(shí)間和相同加熱時(shí)間不同感應(yīng)電流兩大板塊對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納和分析。相同感應(yīng)電流下淬火硬度的比較分析在相同感應(yīng)電流時(shí)，試件1-9分別確定感應(yīng)電流

38、為297A、355 A、400A下采用加熱時(shí)間有5s、8s、11s，現(xiàn)對(duì)在297A、355 A、400A感應(yīng)電流下各試件在不同加熱時(shí)間時(shí)的硬度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分別見(jiàn)表4-1、4-2、4-3。表4-1 297A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布(mm)距邊緣距離試件及時(shí)間0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件15s214.8210.2197.4209.7208.7227.3204.4240.0235.1229.4210.8試件28s 246.0266190.3224.0209.2208.1212.9198.8180.6178.4179.6試件311s543.8499

39、.1314.1262.1251.6228.4219.1219.8223.9220.3210.2 表4-2 355A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布(mm)距邊緣距離試件及時(shí)間0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件45s237.0244.9206.9221.0225.9213.5210.5196.8198.7200.3195.6試件58s 711.1807.9624.5513.6506.4463.0248.3232.6220.7210.4200.8試件611s705.1639.2462.7487.3422.2386.5356.4342.5265.4220.519

40、9.5表4-3 400A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布(mm)距邊緣距離試件及時(shí)間 0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件75s260.8259.1242.2238.3227.0230.5228.5241.7206.2187.8200.2試件88s 556.2592.0730.1698.8509.7486.5450.2421.3226220.5200.8試件911s565.4598.7700.5356.5229.4225.6220.4210.5210.5204.5195.6通過(guò)對(duì)表4-1、4-2、4-3的分析，將各組數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納，并利用Excel，將

41、各試件在297A、355 A、400A感應(yīng)電流下感應(yīng)加熱表面淬火后的硬度值進(jìn)行了編輯，具體各組數(shù)據(jù)的變化，請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)圖4-1、4-2、4-3。圖4-1 297A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布圖4-2 355A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布圖4-3 400A時(shí)各試件截面的顯微硬度（HV）分布由圖4-1、4-2、4-3，可以歸納為以下幾點(diǎn)：（1）在相同感應(yīng)電流下，隨著加熱時(shí)間不斷增加，試件淬硬層不斷增加，截面邊緣向基體硬度基本上是逐漸升高，而基體硬度基本保持不變?？梢哉f(shuō)明隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，試件表面硬度也隨之增加，而基體硬度基本不變，符合零件表面強(qiáng)化工藝的范疇。（2）靠近表面0.4mm內(nèi)的硬度

42、值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，這是試件表面的氧化層部分-試件4的存在，造成邊緣開(kāi)始部分沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的硬度值。3.1.2 相同加熱時(shí)間下淬火硬度的比較分析由上面的數(shù)據(jù)中取出在8s下試件2、5、8在感應(yīng)電流為297A、355 A、400A的硬度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。見(jiàn)表4-4。表4-4 8s時(shí)試件在297A、355 A、400A下各截面顯微硬度（HV）分布(mm)距邊緣距離試件及電流 0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件2297A246.0266190.3224.0209.2208.1212.9198.8180.6178.4179.6試件5355 A711.1807.9624.5

43、513.6506.4463.0248.3232.6220.7210.4200.8試件8400A556.2592.0730.1698.8509.7486.5450.2421.3226220.5200.8為了便于分析、突出重點(diǎn)，本節(jié)特別取出加熱時(shí)間為8s時(shí)試件2、5、8在感應(yīng)電流為297A、355 A、400A下的截面顯微硬度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。關(guān)于試件在感應(yīng)電流為297A、355 A、400A下截面顯微硬度分布情況，請(qǐng)見(jiàn)圖4-4。圖4-4 8s時(shí)試件在297A、355 A、400A下各截面顯微硬度（HV）分布通過(guò)對(duì)圖4-4的分析，發(fā)現(xiàn)試件在相同加熱時(shí)間、不同感應(yīng)電流（即相同的感應(yīng)頻率）下的感應(yīng)加熱表面

44、淬火，其表面硬度值分布不同。可以說(shuō)明隨著感應(yīng)電流的增加，試件截面邊緣區(qū)域硬度值明顯增加，淬硬層本應(yīng)不斷降低，而試件8時(shí)比試件5淬硬層厚可能是由于試件淬火時(shí)未置于感應(yīng)線圈的中心。3.1.3 試件回火后和回火前硬度的比較分析對(duì)試件5進(jìn)行200回火處理，保溫1h后，再對(duì)實(shí)驗(yàn)5進(jìn)行顯微硬度測(cè)試與回火處理前進(jìn)行比較分析，其結(jié)果總結(jié)如下：試件5進(jìn)行200回火、保溫1h處理后，其截面硬度值分布與處理前截面硬度值分布詳見(jiàn)表4-5，圖4-5。表4-5 試件5回火前后顯微硬度分布(mm)距邊緣距離試件及回火 0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件5回火前711.1807.9624.

45、5513.6506.4463.0248.3232.6221.5220.7210.4回火后675.4775.1565.2460.7420.2400.7200.9204.2201.8202.3222.3圖4-5試件5回火前后顯微硬度分布通過(guò)對(duì)由試件5回火前、后的截面硬度值分布分析，發(fā)現(xiàn)試件回火后的截面硬度由邊緣向基體的變化與回火前相比有所降低，減小了裂紋發(fā)生的可能性，提高了韌性，而且淬硬層約為1.6mm，在允許的范圍內(nèi)。3.2試件高頻感應(yīng)淬火回火與調(diào)質(zhì)硬度的比較分析試件10在調(diào)質(zhì)處理時(shí)，首先考慮的是如何保證試件的綜合機(jī)械性能，其次考慮的便是硬度的要求。通過(guò)對(duì)試件截面顯微硬度的分布測(cè)試，其具體數(shù)據(jù)和

46、變化趨勢(shì)見(jiàn)表4-6、圖4-6。表4-6 試件10、5的截面顯微硬度（HV）分布變化距邊緣距離試件及處理方法 0.20.40.60.81.01.21.62.03.04.06.0試件10調(diào)質(zhì)后262.1292.4294.7273.1271.7267.6264.9270.4270.3271.2265.9試件5回火后725.6835.4621.1505.2300.7320.2200.7200.9204.2201.8202.3圖4-6 試件10、5的截面顯微硬度（HV）分布變化根據(jù)試件10、5的截面顯微硬度變化，感應(yīng)加熱表面淬火使得零件表面硬度得到提高。而調(diào)質(zhì)使零件整體的體機(jī)械性能提高，只是和表面感應(yīng)淬

47、火相比硬度值較低。雖然兩者均符合對(duì)車(chē)軸的技術(shù)要求，但是在實(shí)際的生產(chǎn)操作可行性、難易性、損耗性等角度進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)對(duì)車(chē)軸高頻感應(yīng)加熱淬火工藝要相對(duì)優(yōu)于其調(diào)質(zhì)工藝。從實(shí)際可行性角度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩種工藝均具有操作可能，高頻感應(yīng)加熱淬火工藝可以對(duì)車(chē)軸進(jìn)行局部的強(qiáng)化處理，由于其加熱時(shí)間短、升溫快不會(huì)影響內(nèi)部性能；調(diào)質(zhì)工藝需要長(zhǎng)時(shí)間加熱。從難易程度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)高頻感應(yīng)處理工藝由于加熱時(shí)間短、升溫快完全可以采用機(jī)械手進(jìn)行夾持操作，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量流水線作業(yè)；而調(diào)質(zhì)處理工藝操作步驟多、時(shí)間長(zhǎng)難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。從損耗性角度進(jìn)行分析，前者設(shè)備主要為感應(yīng)加熱設(shè)備，而后者則需要兩種以上加熱設(shè)備；在材料消耗方面，前者

48、機(jī)械化高，生產(chǎn)效率明顯由于后者，降低了成本。所以對(duì)車(chē)軸的高頻感應(yīng)熱處理工藝可以作為實(shí)際生產(chǎn)的參考依據(jù)。3.3 金相組織的比較分析3.3.1 試件感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)前、后表面特征圖4-7 試件表面特征通過(guò)觀察各試件實(shí)驗(yàn)前、后的表面特征，在圖4-7中可以非常清晰的看到經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱表面淬火的試件截面靠近邊緣的淬硬層，并且由于手工操作，試件不可能在感應(yīng)線圈的正中心造成靠近感應(yīng)線圈一邊的淬硬層較厚。3.3.2 試件感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)前、后金相組織（1）試件在感應(yīng)加熱之前正火的金相組織（見(jiàn)圖4-8）通過(guò)對(duì)圖4-8的觀察，發(fā)現(xiàn)在試件沒(méi)有經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，其截面組織為正火組織（粗大的鐵素體和珠光體）。其正火組織硬度

49、值較低，強(qiáng)韌性不高，使得制成的車(chē)軸的耐磨性、使用壽命低。因此利用感應(yīng)加熱表面淬火強(qiáng)化零件表面可以大大提高硬度值以及使用壽命，并且改善了試件表面組織。 圖4-8 基體組織（2）試件經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱情況下的金相組織（見(jiàn)圖4-9） （a）距邊緣0.4mm （b）距邊緣0.8mm （c）距邊緣1.6mm （d）距邊緣3.0mm圖4-9 由邊緣到心部的金像顯微組織通過(guò)對(duì)圖4-9金相組織的觀察，發(fā)現(xiàn)試件5經(jīng)過(guò)高頻感應(yīng)加熱淬火后，試件截面邊緣組織中出現(xiàn)馬氏體組織。越往內(nèi)試件逐漸變?yōu)榛w組織，即淬火前的正火組織。結(jié) 論45鋼試樣經(jīng)過(guò)高頻感應(yīng)淬火與調(diào)質(zhì)處理后，通過(guò)硬度測(cè)試與顯微組織觀察，得到以下結(jié)論：（1）45鋼在相同感應(yīng)電流下，隨著加熱時(shí)間不斷增長(zhǎng)，表面硬度明顯提高，但淬硬層厚度也不斷增加；（2）45鋼在相同感應(yīng)加熱時(shí)間下，隨著感應(yīng)電流值不斷升高，45鋼表面硬度明顯提高，催硬層厚度不斷降低；（3）通過(guò)各組數(shù)據(jù)的比較，得出工藝參數(shù)在加熱時(shí)間為8s、感應(yīng)電流值為355A時(shí)，試件表面硬度明顯提高，由200Hv變?yōu)?00Hv左右，并且淬硬層約為1.6