车轴感应淬火技术的发展

车轴是机车车辆中的部件之一，它直接关系到铁道车辆行车安全。从19世纪中到20世纪初，各国对车轴的疲劳断裂进行了大量的研究，如科学家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸车轴进行车轴疲劳断裂的研究，日本也对实物车轴进行了大量的试验研究。对车轴疲劳强度和疲劳断裂机理已研究很清楚，但铁路车辆车轴疲劳断裂依然存在。例如，在俄罗斯仅1993年在运用的220～250万根车轴中，因疲劳裂纹而报废的就达6800根。法国在高速铁路系统的定期检修中，将轮座磨去0.5mm深，以防止再次裂纹萌生。在日本新干线使用的所有车轴，运行 45万公里后，用磁粉探伤仪进行检查，每年进行磁粉探伤的车轴总数约2万根。随着高速铁路在的兴起和不断发展，对车轴的安全使用性能提出了更高的要求。强化车轴表面，是提高车轴断裂的重要措施。无论是法国、日本还是德国对高速运行下的车轴都进行了大量的研究和应用，日本、法国均采用低碳钢制造车轴，并进行表面感应淬火处理。日本新干线的使用结果表明，这种车轴经表面感应淬火后，克服了车轴的断裂，确保了行车安全。车轴材料我国的机车、车辆均采用碳素钢车轴，纵观总体情况，应该说碳素钢车轴是成熟的、可靠的。对于高速列车车轴材料是选碳素钢还是合金钢，我国还没有成熟的技术。由于各国的国情不同 ，技术观点不同 ，选用的车轴材料不尽相同，但都属于低碳钢范畴。

感应淬火低碳钢车轴表面采用感应淬火是提高其疲劳寿命为经济而有效的方法。日本对此进行了详细的试验研究 ，并成功地运用在高速铁路上。日本新干线在这方面工作早在 1948年就开始了 ，碳素钢经调质处理后 ，再沿车轴纵向进行表面感应加热淬火 ，在淬硬层内获得非常细的马氏体组织 ，使其表面硬度显著增加。

采用同时双频法，频率较低和较高同时馈入感应器。硬化通过加热来实现。正确淬火对于的旋转硬化结果至关重要，应该在加热后尽快进行。时间间隙加热和淬火可以通过使用快速CNC轴定位来化喷头，或通过将猝熄电路集成到感应器中。在此期间淬火阶段齿轮的转速降低到50rpm以下避免在与旋转方向相反的侧面上的“阴影效应”。

许多其他因素影响自旋硬化结果。材料要硬化和其初始结构，例如，具有决定性的影响。由于短奥氏体化时间，初始钢结构必须是密实的（ASTM7及以上）。非均匀的珠光体 - 铁素体初始结构是不合适的。初始结构和碳含量的重要性随模块尺寸而增加减少。如果稍微增加的淬火畸变是可接受的，则是感应的预淬火和回火在轮廓淬火之前可以大大提高齿轮的淬透性。

模块尺寸是旋转硬化的另一个关键因素。自旋硬化是一种通用且可靠的工艺，可以硬化齿轮，螺旋齿轮和内齿轮与表面不规则的距离。利用的感应器解决方案可用来限制这种效果通过增强功率分布。

齿轮感应淬火的作用与目的

近年来 ，随着齿轮生产商对技术认识的不断提高，带来了多方面的改进，如低噪音、轻量化、低成本和高承载能力等，使得齿轮副在高速和大扭矩作用下产生少的热量。并不是所有的齿轮都适应感应淬火 ，花键轴淬火设备供应商，外螺旋直齿轮、蜗杆齿轮、内齿轮、齿条和链齿属于典型的感应淬火齿轮零件。相反，锥齿轮、双曲面齿轮和非圆形齿轮几乎不使用感应热处理。

与渗碳和渗氮相比，感应淬火不要求齿轮整体加热。通过感应淬火，可将热量地施加于特定的区域，使该区域产生所期望的相变 (例如齿廓、齿根和齿顶有选择的硬化) ，且对其余区域的影响很小。根据应用情况，齿部硬度范围一般是 42～60 HRC。

齿轮感应淬火的一个目的是在齿轮的特殊部位得到细晶的全马氏体层 ，以提高硬度和耐磨性。 但不会使其余部分受热处理的影响。 硬度的增强也提高了接触疲劳强度 ，由于同时增强了硬度、耐磨性并可获得细晶粒的马氏体层 ，所以可以使用廉价的中高碳钢或低合金钢去替代较贵的高合金钢。

并非总是能够得到全马氏体层 ，根据钢的品种不同 ，硬化层不可避免存在残余奥氏体 (除非使用低温处理) 。 对于含碳量高的钢和铸铁 ，尤其如此。

齿轮感应淬火的另外一个目的是增加齿轮表面压应力。这是很重要的，因为它有助于抑制裂纹的产生，也阻止了拉应力引起的弯曲疲劳性能的下降。这种钢铁的使用 ，使它原先的显微组织和齿轮工况 (包括载荷情况和操作环境) 决定了所需要的表面硬度、芯部硬度、硬度断面、齿轮强度和残余应力分布。

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