某型机车曲轴中频感应淬火工艺设计

1.感应器设计  

根据技术要求及轴颈相关尺寸设计淬火感应器5个，即第1轴颈感应器、第5和第6主轴颈感应器、第10主轴颈感应器、连杆颈感应器、其他主轴颈感应器。

鉴于曲轴感应淬火时加热时间较长，有效圈宽度按技术要求取中下限；有效圈包角β不宜过大，控制在40°～55°，根据具体的空间布局来设计，允许偏差±2°；有效圈与轴颈表面的间隙控制在1.5mm。

2. 工艺参数的选择  

对于感应淬火而言，主要工艺参数包含功率、电压、电容、变压比、加热时间、冷却时间及回火温度等。各工艺参数选择情况如下：

（1）功率  P =P0S，一般来说，比功率P0=0.5～2.0kW/cm2。但在实际工艺制定中，考虑到设备状况老化、零件结构复杂、加热时间长、硬化层深度要求深等，结合实际经验，曲轴中频感应淬火的P0选择要偏小，介于0.35～0.45kW/cm2之间；S为每个轴颈淬火加热的总面积，以技术要求的硬化层中间值L作为计算基础。

（2）电压  根据计算出的功率设定电压值调试范围，以通过调试达到拟定的功率P为准。

（3）频率  根据分析，采用最低频率6kHz，此刻机床电容匹配最大值1380kVAR，变压比选择4:1。

（4）加热时间  保证一定的加热时间，使淬火温度大致介于880～930℃，且组织充分转变。加热层质量：m=πL（R2-r2）/1000×7.85，加热层所需能量：Q=CmΔt，匹配变压器及感应器的总效率根据传导加热理论及实际经验取η=10%～15%，则加热时间：t=Q/Pη(其中，R为轴径圆半径，r为加热层极限处的圆半径，C为比热，Δt为从室温加热到淬火温度之间的温差。)

由于该曲轴要求硬化层深度深，感应加热采用较低频率及一定的传热，所以需要较长的加热时间达到理想的淬火温度及合适的加热层，具体试验加热时间，按上述公式计算并结合以往经验进行微调。

（5）冷却时间  以控制最终淬火余温，既要保证组织转变，又要防止油孔等危险部位开裂，对于曲轴而言，一般将淬火余温控制在180～240℃。

根据设备状态及上述分析，确定的国外某型曲轴的中频感应淬火工艺参数。

（6）回火温度  依据其表面硬度要求，确定回火温度在360～390℃。

3. 淬火冷却介质的选择

我公司曲轴中频感应淬火常用的冷却介质为清水（适用于碳钢曲轴）和AQ251水溶液（适用于合金钢曲轴）。此前，我公司曾采用清水来进行另一型号SAE5046钢曲轴的中频感应淬火，轴颈过渡圆角处出现了淬火裂纹。对国外某型曲轴，为确保中频感应淬火的冷却效果，同时降低油孔部位的淬裂风险，确定采用使用V300冷却速度在70～80℃/S（30℃，静止）的低浓度AQ251淬火冷却介质，这样既能保证淬火冷却介质在高温段具有较强烈的冷却能力，又适度降低了低温段的冷却速度，可避免产生淬火开裂。采用KHR淬火冷却介质检测仪测定的三者冷却特性曲线如