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齿轮双频感应淬火技术优化方案

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图7-7所示为双频感应淬火的几种齿轮仿形硬化层分布。东风汽车公司对材料为45钢、模数为3mm的齿轮进行双频感应淬火时，能够得到沿齿廓均匀分布的淬硬层，淬硬层深为0.8mm时具有最佳弯曲疲劳性能，与SCM420钢渗碳齿轮疲劳性能基本相当，疲劳极限可以达到1450MPa。例如，齿高为4.7mm，当齿根硬化层深度为0.55mm时，双频感应淬火的齿顶硬化层深度为1.54mm，仿形率为67.2％。

1.双频感应加热原理

常规（传统）双频感应淬火是将两种频率的电源分别施加到两个感应器，齿轮需要从低频感应器（如中频）预热之后快速移到另一高频感应器加热并进行淬火，如图7-5所示。双频感应淬火是采用低频加热向里（面）进行热能量扩散，最后高频加热向表（层）进行热能量扩散，其加热原理如图7-6所示。

图7-5 常规（传统）的齿轮双频感应淬火示意图

图7-6 双频感应加热原理

a）低频加热 b）热扩散 c）高频加热

x—齿部 y—预热区 z—心部（冷态）

双频感应淬火是增加淬硬层深度并使硬度分布更为合理的感应淬火方法。即用中频－高频依次加热方法可获得沿齿廓分布的硬化层，而且齿轮热处理畸变小。图7-7所示为双频感应淬火的几种齿轮仿形硬化层分布。

图7-7 双频感应淬火的几种齿轮仿形硬化层分布

例如，模数为4mm的齿轮先用中频电流加热（2.5～3s）齿沟和接近齿根的齿侧，然后再用250kHz高频电流加热（0.6～0.7s）齿顶和接近齿顶的齿侧，然后淬火。

东风汽车公司对材料为45钢、模数为3mm的齿轮进行双频感应淬火时，能够得到沿齿廓均匀分布的淬硬层，淬硬层深为0.8mm时具有最佳弯曲疲劳性能，与SCM420钢（相当于20CrMo钢）渗碳齿轮疲劳性能基本相当，疲劳极限可以达到1450MPa。

2.双频感应加热工艺及效果

日本电气兴业公司通过对齿轮双频淬火法进行试验，可得到比齿轮单频淬火法和渗碳淬火法小的畸变。渐开线圆柱齿轮（见图7-8）模数2mm，全齿高4.7mm，齿数36，齿宽20mm，材料为S45C钢（相当于45钢）。齿面经剃齿精加工，预备热处理为调质。

图7-8 试验齿轮形状

（1）双频感应淬火、单频感应淬火及渗碳淬火的主要热处理工艺参数（见表7-21）

表7-21 双频感应淬火、单频感应淬火及渗碳淬火的主要工艺参数

（续）

注：表中渗碳齿轮材料为SCM420H钢（相当于20CrMoH钢）

（2）三种工艺处理后的齿轮畸变、残余压应力及沿齿廓仿形率的检测结果（见表7-22）通过表7-22可知，双频淬火后的齿轮热处理畸变最小，精度最高，残余压应力最高。

表7-22 渗碳淬火、单频感应淬火及双频感应淬火后的热畸变结果（单位：μm）

（3）淬火硬化层的仿形率

淬火硬化层仿形率如下：

仿形率＝［100－（Ds／h）×100］×％式中 Ds——齿顶处的硬化层深度（测至HV450处）（mm）；

h——齿高（mm）。

例如，齿高为4.7mm，当齿根硬化层深度为0.55mm时，双频感应淬火的齿顶硬化层深度为1.54mm，仿形率为67.2％。