合理使用感应加热淬火技术解决生产难题

      尽管渗碳淬火工艺在获得硬化层的均匀分布及淬火质量的稳定性、可靠性方面有着无可比拟的优势，但在实际的生产过程中却存在生产周期长、热处理变形大、机加困难、清洁性差、耗能等缺点。而渗碳淬火工艺的这些缺陷，则正是感应加热淬火技术的优点。因此，如何合理使用感应加热淬火技术，是一个亟待解决的课题。随着计算机技术介入渗碳过程，渗碳淬火炉内碳气氛得到了精确控制，从而使得渗碳淬火后的硬化层均匀性、硬化层的深度、淬火质量的稳定性及可靠性得以保证。

      加之国内，尤其是重型制造行业大规模引进数控成形磨齿机，齿轮的表面强化方式越来越倾向于采用渗碳淬火的热处理方式。而以前常用的感应热处理方式，因淬火强化效果不稳定，淬火开裂倾向较大，难以获得沿齿廓分布的硬化层，齿根强化效果差；中频加热电源的频率和功率可调性差，难于实现感应加热淬火参数的实时调节。因此近年来在齿轮上的应用越来越少。

      为此，中国齿轮专业协会齿轮热处理工作委员会于2006年9月在太原召开了齿轮感应加热淬火技术专题讨论会，笔者有幸参与了此次盛会。与会代表各自总结了近年来感应加热淬火技术在齿轮表面强化上的应用成果及成功经验，使我们看到了感应加热淬火在齿轮强化上的应用前景。

      笔者作为多年来在专业齿轮制造厂从事感应热处理工作的技术人员，在此，结合本行业的一些实际情况，谈谈感应加热淬火技术在齿轮强化技术上的一些心得体会。尽管渗碳淬火工艺在获得硬化层的均匀分布及淬火质量的稳定性、可靠性方面有着无可比拟的优势，但在实际的生产过程中却存在生产周期长、热处理变形大、机加困难、清洁性差、耗能等缺点。

     就拿我集团公司生产的各类轧线设备主传动装置上的主减速机、齿轮机座中的大模数（m＞25以上）的齿轮、齿轮轴产品来说，由于存在非渗碳面的保护问题，虽然在渗碳过程中对非渗碳部位采取了用防渗涂料进行保护，但效果不显著，使得齿轮、齿轮轴磨削前的半精车，精车工序困难，增加刀具消耗，导致我们不得不在渗碳后增加一道去非渗部位的渗碳层的加工工序，无形中增加了生产周期。更主要的还是热处理变形大，在实际加工中造成齿面的硬化层分布不均匀，齿部尺寸超差，磨齿后精度降低，影响其正常的使用要求。

      如果采取增加留量的措施加以解决，首先就要增加渗碳层深度，这样就会延长渗碳周期，同时引起渗碳层的脆性增大，影响产品的使用质量。渗碳淬火工艺的这些缺陷，则正是感应加热淬火技术的优点。因此，如何合理使用感应加热淬火技术，是一个亟待解决的课题。笔者根据多年感应热处理的工作实践认为，采用感应加热沿齿沟淬火工艺，可以在保证齿轮零件的正常使用下完全解决上述所遇到的问题，前提是要解决沿齿沟淬火工艺中存在的以下问题：

（1）沿齿沟淬火感应器的设计和制造。

（2）对已淬硬齿面的保护即如何防止齿面“回火”。

（3）淬火冷却方式的合理选择。为此，在为八钢1750轧机，国丰1450轧机及涟钢1750轧机精轧部位主传动装置中的鼓形齿接轴产品的内齿圈强化方式上，我分厂做了用沿齿沟淬火工艺代替原来的的渗碳淬火工艺方面的尝试，取得了显著效果。值得注意的是，21世纪的热处理向高效、节能、精密、清洁方向发展，提倡“少无污染、少无畸变、少无（质量）分散、少无浪费、少无氧化、少无脱碳、少无人工、少无废品”的理念。而我国的“十、一五”计划也明确提出了环境友好型、节约能源型的经济发展方针。

      这些都表明，作为一种清洁、节能的热处理工艺，只要解决其潜在的弱点，感应加热淬火技术在齿轮上的应用就具有一定的生命力。随着全频固态IGBT逆变电源技术应用的日益成熟，加热电源频率和功率的可调性问题得到完全解决，感应加热淬火参数的实现调节和控制得到完全保证，加上数控淬火机床的广泛应用，感应加热淬火的淬火质量、强化效果的稳定性及可靠性将得到进一步保证。由于电源的频率在50～100Hz范围内可调，硬化层深度范围完全可满足齿轮类零件的使用要求，而且淬火层的深度可达10mm以上，这是现在的渗碳淬火工艺所无法实现的。

未来的冶轧、舰船、起重和矿山等重载齿轮，必然向深层发展，而深层渗碳（＞5mm）在目前阶段，我国还不具备成熟的工艺，主要表现在：

（1）适合深层渗碳的用钢还得研究；

（2）渗碳周期长，淬火变形的问题急需要解决；

（3）如何保证渗层的质量，而感应加热淬火技术无疑在这方面占有绝对优势。笔者认为，广大从事感应热处理工作者只要通过努力，针对其在齿轮强化上存在的弱点，进行广泛、深入的研究，并找到解决的办法，相信未来感应加热淬火技术在齿轮上的应用会有更加美好的前景。