高氏对于车轴感应淬火技术的研究

车轴是机床车辆中较为重要的部件之一，它直接关系到铁道车辆行车的安全。低碳钢车轴表面采用感应淬火是提高疲劳寿命较为经济而有效的方法，高的表面硬度有益于提高轮轴压装部位的抗微动腐蚀疲劳性能，试样旋转弯曲疲劳试验结果表明，淬硬层愈深，疲劳强度愈大。另外，淬火车轴表面形成压应力，这种残余压应力有益于提高疲劳强度和延长疲劳寿命。

对于绝大部分轴类零件，通常采用高频或中频表面淬火来提高其使用寿命。动车轴、机车轴是一种即传递动力而又起支撑作用的心轴，主要承受弯曲或弯曲疲劳负荷。统计表明大多数的各类轴均因疲劳断裂和微动腐蚀磨损而失效。为了避免发生脆性断裂，满足强度与韧性的要求，目前车轴常采用调质或正火工艺，但往往因疲劳与微动腐蚀磨蚀磨损性能欠佳，而没有达到应有的使用寿命。实践表明，在调质或正火的基础上再施加表面感应淬火强化处理，可使服役寿命成倍地延长。因此，这是提高车轴使用寿命的一种重要的工艺方法。车轴表面强化一般主要分喷涂+滚压强化和感应淬火强化两种，滚压强化因其强化深度较浅，硬度较低，提高服役寿命有限。

中频感应淬火加热适中，适合车轴表面加热深度。表面感应强化对提高车轴的弯曲或扭转疲劳强度、减少对缺口的敏感性和应力集中十分有效。表面感应淬火后，由于心部高的有效韧性和塑性，允许其硬化层有较高的硬度，以保持高的耐磨性，强度和残余压应力，充分发挥材料抗疲劳的潜力。国外对车轴中频感应淬火从过去的局部淬火、分段淬火，发展到现在的表面全长淬火。因此，我们选用49钢制造车轴，采用正火加中频感应表面全长淬火工艺。

车轴是一个变直径的圆柱体，要实现全长表面淬火在很大程度上都取决于感应器的结构设计与制造，加热用感应器的设计应主要考虑：

（1）使被加热零件的表面温度均匀

（2）感应器损耗小，电效率高

（3）感应器冷却良好

（4）制造简单，有足够的机械强度，操作使用方便。车轴加热感应器用矩形紫铜管制造成圆形感应器，并通水冷却，零件加热后尽可能减少漏磁，提高加热效率，感应器与零件之间的间距尽可能小，但要有足够的间隙，保证使感应器能与车轴的相对运动顺利进行，因此，选择圆形感应器内侧与车轴轮座表面之间的距离为5-6mm较为合适。感应加热的电流透入深度与电流的频率成反比，必须正确选择中频发生器设备中的中频电流频率，以实现一定加热深度的感应加热，正确选择加热电流频率可实现技术要求，提高热处理质量，充分发挥设备的效能，提高生产率，节省电能。若加热深度选择4mm时，设备的频率选择范围为1000-1500hz，感应器的电频率选择与零件的直径大小有关，大直径零件可采用较低的频率，所以对于直径很大的车轴，选择下限频率1000hz的可控硅中频电源作为车轴感应加热的中频加热设备。

车轴中频感应表面淬火，冷却是关键。因为车轴钢的含碳量低，临界冷却速度高，选择适当的冷却方法和冷却介质，才能使淬火区获得马氏体组织。因此，冷却器的合理设计就显得至关重要。所以，喷水圈喷水孔采用多排交叉分布，为防止靠近感应器处喷水柱飞溅影响加热效果，喷水孔与车轴纵向呈40度夹角。另外由于车辆属阶梯状轴，且阶梯差异很大，轴身与轮座半径相差32mm，为了避免大小轴颈圆角过渡处因冷却不良而产生回火软带，在40度夹角喷射口后面附加几排与车轴纵向夹角90度的喷水孔，以改善阶梯过渡处冷却效果