熱處理技術(shù)之: 齒圈感應(yīng)加熱淬火工藝控制要點和注意事項
化學熱處理和感應(yīng)熱處理是鋼鐵零件表面熱處理強化的兩種主要熱處理工藝方法，以使零件具有“表硬里韌”的力學性能。感應(yīng)加熱淬火因工藝簡單，零件變形小，可對零件進行局部處理，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，清潔生產(chǎn)、環(huán)境污染少，以及工藝過程易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。
齒圈（包括外齒圈和內(nèi)齒圈）作為常用的機械傳動零件，特別是大直徑齒圈通過感應(yīng)加熱淬火工藝進行表面強化應(yīng)用相當普遍。
一、齒圈感應(yīng)淬火常用方法
齒圈感應(yīng)加熱淬火有四種，沿齒溝感應(yīng)淬火（gap-by-gap）、逐齒感應(yīng)淬火(tooth-by-tooth)、回轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火(spin hardening)、雙頻感應(yīng)淬火。沿齒溝感應(yīng)淬火、逐齒感應(yīng)淬火工藝特別適用于直徑大（可達2.5m以上）、模數(shù)大的外齒圈和內(nèi)齒圈，但不適用于小直徑和小模數(shù)齒輪（模數(shù)小于6）。
1. 沿齒溝感應(yīng)淬火
使齒面和齒根得到硬化，齒頂中部無淬硬層（見圖1）。此法熱處理變形小，但生產(chǎn)效率低。
圖1 沿齒溝感應(yīng)淬火
2．逐齒感應(yīng)淬火
齒面硬化，齒根無硬化層，提高齒面的耐磨性，但因熱影響區(qū)的存在，會降低齒的強度，如圖2所示。
圖2 逐齒感應(yīng)淬火
3．回轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火
單圈掃描淬火或多匝同時加熱淬火，齒部基本淬透，齒根硬化層淺（見圖3）。適于中小齒輪，不適于高速、重載齒輪。
圖3 回轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火
4．雙頻感應(yīng)淬火
中頻預熱齒槽，高頻加熱齒頂，得到基本沿齒廓分布的硬化層。
二、沿齒溝感應(yīng)淬火工藝控制要點
（1）齒圈沿齒溝感應(yīng)淬火常用頻率為1～30kHz，感應(yīng)器與零件的間隙控制在0.5～1mm。
（2）沿齒溝感應(yīng)器產(chǎn)生的渦流呈蝴蝶狀，根部電流密度最高。因此，感應(yīng)器必須加裝導磁體，利用其槽口驅(qū)流效應(yīng)，增加感應(yīng)器鄰近齒根表面的電流密度，改善感應(yīng)器的效率。
（3）需精確控制感應(yīng)器與相鄰兩齒側(cè)非常對稱，并嚴格控制齒側(cè)和齒根的間隙。
（4）合理匹配感應(yīng)器的高度和導磁體的用量，保證齒面、齒根的加熱溫度均勻一致，防止淬裂。
現(xiàn)場應(yīng)用如圖4、圖5所示。
圖 4
圖 5
三、沿齒溝感應(yīng)淬火感應(yīng)器種類
（1）單回路感應(yīng)器
如圖6所示。
圖 6
（2）分支回路感應(yīng)器
主路居中，兩支回路居兩側(cè)，主路電流是支路電流的兩倍，可有效減少齒圈進、出端面的尖角過熱形象。
感應(yīng)器制造精度要高，使用壽命長，使用中還需認真細致地進行調(diào)整，以避免其早期損壞。
四、沿齒溝感應(yīng)淬火常見問題與對策
（1）淬硬層分布不勻，一側(cè)硬度高、硬層深；另一側(cè)硬度低、硬層淺。這是因為沿齒溝感應(yīng)淬火與圓環(huán)感應(yīng)器回轉(zhuǎn)感應(yīng)淬火相比，位置敏感度很高，需要設(shè)計制造高精度定位裝置，以保證齒側(cè)與感應(yīng)器的間隙高度對稱分布。若不對稱，還可能造成間隙小的一側(cè)發(fā)生感應(yīng)器與零件短路打弧，使感應(yīng)器早期損壞。
（2）已淬硬齒側(cè)退火。原因是輔助冷卻裝置調(diào)整不到位或冷卻液量不足。
（3）感應(yīng)器鼻尖部分銅管過熱。在采用非埋入式沿齒溝掃描淬火工藝時，因感應(yīng)器與零件間的間隙相對較小，受加熱面的熱輻射，以及鼻部銅管有限尺寸的約束，銅管極易過熱燒壞，使感應(yīng)器損壞。因此，感應(yīng)器要保證有足夠流量和壓力的冷卻介質(zhì)通過。
（4）感應(yīng)處理過程中齒圈的形狀、位置變化。沿齒溝掃描淬火時，最后處理齒會脹出0.1～0.3mm。形變、熱膨脹、感應(yīng)器調(diào)整不當會造成零件與感應(yīng)器相碰而損壞。因此，在決定感應(yīng)器與齒側(cè)間隙時要考慮熱膨脹因素，并采用適當?shù)南尬谎b置來保證間隙。
（5）感應(yīng)器導磁體性能退化。導磁體工作條件惡劣，處于高密磁場、高電流環(huán)境下，極易過熱損壞（見圖7），同時淬火介質(zhì)、銹蝕都會使其性能退化。因此，要做好感應(yīng)器的日常維護和保養(yǎng)。
圖7 感應(yīng)器過熱損壞
作者：李鳳海，李偉
單位：河北鋼鐵集團宣工公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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