重載齒輪軸的生產應用低碳合金鋼18Cr2Ni4WA材料和表面滲碳整體淬火熱處理工藝，結合當前制造問題，可借助滲碳、調質及感應淬火技術，提高齒輪軸質量。為此，先進行感應淬火技術的概述并提出試驗方案;然后改變電流頻率感應淬火參數，研究參數變化對齒輪軸齒根硬度、齒心部硬度、表面硬度、硬度梯度、金相組織等方面的影響;最后經過數據統計和分析，在3號試驗參數的設計中，齒輪軸的各項指標均滿足性能要求，可為低碳合金鋼材料的齒輪生產，提供熱處理的經驗。
0引言
對于齒輪軸的生產看，對應技術指標要求為齒面硬度(HRC)為60±2;有效硬化層深度為(1.4±0.2)mm; 齒心部硬度(HRC)為40±2。不過結合實際看，制造存在兩個問題：一是材料內含有較多的Cr、Ni合金元素，在熱處理中其碳含量會提高，使齒輪中殘留的奧氏體量增加，影響齒輪軸表面的硬度(HRC)并降低至52~56;二是冷處理時，殘留奧氏體向馬氏體組織的轉變容易增大軸內應力，同時周期、成本較高。因此，需改變生產技術方向，在滲碳、調質后，通過不同感應淬火參數的改變，提高齒輪軸整體質量。
1齒輪軸感應淬火的檢測
在選定齒輪軸的材料為18Cr2Ni4WA低碳合金鋼后，在生產中其齒輪軸的主要齒輪參數如下：齒頂圓直徑為143mm;齒寬為62mm;齒數為21;壓力角為20°;齒頂高系數為1.2。
結合齒輪參數，其預設的生產工藝流程如下：基本鍛造→高溫回火→粗車及探傷→半精車和滾齒→ 滲碳→2次高溫回火→調質→感應淬火(中頻感應淬火)→低溫回火及精加工。具體的工藝可以參考圖1。
圖 1 滲碳、調質、感應淬火的工藝流程
為了研究感應淬火技術對齒輪質量的影響，設計對比試驗，對淬火溫度、冷卻方式、電流頻率進行參數調正，在齒輪檢測后明確不同參數的應用價值。其中頻感應淬火的參數調整參考表1。
2齒輪軸感應淬火的結果
結合表1在完成四種感應淬火方案的設計后，需要分別進行齒輪軸輪齒的取樣，同時控制試樣的長度為35mm。然后應用采用洛氏硬度計和顯微維氏硬度 計進行表面硬度、硬化層深度、齒心部硬度、金相組織等方面的檢測。
檢測表面硬度、齒心部硬度:對四個方案試驗進行齒心部硬度及表面硬度檢測，其齒心部硬度檢測需要落實JB/T13027—201《重載齒輪滲碳熱處理技術要求》的規范。在完成測定中，對1號、2號、3號、4號齒輪軸的表面平均硬度(HRC)而言，分別為61.2、60.5、58.8、59.2;對于齒心部平均硬度(HRC)而言，分別為34.6、34.5、40.1、37.4，結合上述數據在落實感應淬火工藝后，4個方案的表面硬度(HRC)均符合性能(齒面60±2)要求。此外，僅有3 號方案的齒心部硬度(HRC)滿足40±2的性能要求。
檢測齒面、齒根部硬化層深度:齒面和齒根部的表面硬度最高，其內部硬度會隨著距表面距離不斷升高而變化，其硬度(HV)有著不斷降低的特點。在進行齒面和齒根部的硬度梯度分布曲線檢測中，需要結合GB/T9450—2005《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核》中的標準及其規范。
1)在開展齒面的硬度梯度檢測中(見表2)。4個方案中的齒面有效硬化層深度都符合設計標準，同時在頻率的降低下，其有效硬化層深度有著增加的特點。需要注意的是，在3號、4號方案的電流頻率更低下，其齒面的有效硬化層深度更大，不過齒面硬度稍低。同時，應用介質冷卻和應用淬火油冷卻時，其有效硬化層深度接近。
2)在開展齒根位置的硬化層深度檢測中，需要參考GB/T38805—2020《重載齒輪滲碳熱處理技術要求》的要求，在完成檢測后結合表3數據，其齒根硬化層深度均符合標準要求 。其中，3號、4號齒根的有效硬化層深度較深。
檢測金相組織:最后，對齒輪軸進行金相組織觀察，在對四個方案進行逐一觀察和記錄后，進行數據分析。具體而言：
1)結合4個方案的表面組織及滲層組織看，其金相組織在感應淬火后，有著形貌基本一致的特點。且組織內有較小的隱針狀馬氏體和細顆粒狀碳化物。
2)對方案1、2而言，其齒心部的組織為顯著的回火索氏體。
3)對方案3、4而言，其齒心部組織為顯著的回火板條馬氏體。因此可以說明，在更低電流頻率的感應加熱下，齒輪軸的透熱深度更深，可以生成正常的回火板條馬氏體。
3齒輪軸感應淬火的實踐
在完成齒輪軸的滲碳、調質后，基于中頻感應淬火、低溫回火等指標參數的落實，經過硬度及金相組織的觀測，3號方案的齒輪軸性能最優，可以滿足各項設計要求。為了驗證3號方案的優化參數，需要進行實際應用 ，并對批次工件進行檢測分析和應用實踐。具體在生產的4批次共計36件齒輪軸中，先進行硬度的解剖檢測，其齒頂表面硬度(HRC)為58.4~60.2;齒根硬度(HRC)為58.4~60.3;齒心部硬度(HRC)為39.4~41.3;齒心部組織1級，各性能指標滿足要求。最后，開展工件應用實踐，故障率得到降低。
4結語
提出滲碳+淬火熱處理方案后，在齒輪軸滲碳后研究其感應淬火參數。具體而言：以電流頻率和冷卻方式的差異，提出4個試驗方案(1~4號);對齒輪軸依次開展表面硬度、硬化層深度及金相組織的檢測; 綜合多項檢測看，齒輪軸在落實淬火工藝后，其齒輪軸的表面硬度(HRC)能提高58以上，且在硬度梯度具有較高數值，感應淬火也能對硬化層金相組織進行改善。最后，進行3號感應淬火方案的實踐，在4批次36件齒輪整體性能滿足要求下，說明基于感應淬火的工藝具有可靠性。
參考文獻：略
0引言
對于齒輪軸的生產看，對應技術指標要求為齒面硬度(HRC)為60±2;有效硬化層深度為(1.4±0.2)mm; 齒心部硬度(HRC)為40±2。不過結合實際看，制造存在兩個問題：一是材料內含有較多的Cr、Ni合金元素，在熱處理中其碳含量會提高，使齒輪中殘留的奧氏體量增加，影響齒輪軸表面的硬度(HRC)并降低至52~56;二是冷處理時，殘留奧氏體向馬氏體組織的轉變容易增大軸內應力，同時周期、成本較高。因此，需改變生產技術方向，在滲碳、調質后，通過不同感應淬火參數的改變，提高齒輪軸整體質量。
1齒輪軸感應淬火的檢測
在選定齒輪軸的材料為18Cr2Ni4WA低碳合金鋼后，在生產中其齒輪軸的主要齒輪參數如下：齒頂圓直徑為143mm;齒寬為62mm;齒數為21;壓力角為20°;齒頂高系數為1.2。
結合齒輪參數，其預設的生產工藝流程如下：基本鍛造→高溫回火→粗車及探傷→半精車和滾齒→ 滲碳→2次高溫回火→調質→感應淬火(中頻感應淬火)→低溫回火及精加工。具體的工藝可以參考圖1。
圖 1 滲碳、調質、感應淬火的工藝流程
為了研究感應淬火技術對齒輪質量的影響，設計對比試驗，對淬火溫度、冷卻方式、電流頻率進行參數調正，在齒輪檢測后明確不同參數的應用價值。其中頻感應淬火的參數調整參考表1。
2齒輪軸感應淬火的結果
結合表1在完成四種感應淬火方案的設計后，需要分別進行齒輪軸輪齒的取樣，同時控制試樣的長度為35mm。然后應用采用洛氏硬度計和顯微維氏硬度 計進行表面硬度、硬化層深度、齒心部硬度、金相組織等方面的檢測。
表 1 中頻感應淬火的工藝參數
檢測PT探傷:在結合圖1工藝落實好滲碳、調質后，分別結合表1內容開展不同參數的感應淬火和低溫回火工藝。 先開展4個方案的PT探傷工作，具體要針對輪齒的位置進行PT探傷。經過探測后發現，四個方案1號、2號、3號、4號均未發現裂紋問題，可初步說明四個方案具有應用合理性。檢測表面硬度、齒心部硬度:對四個方案試驗進行齒心部硬度及表面硬度檢測，其齒心部硬度檢測需要落實JB/T13027—201《重載齒輪滲碳熱處理技術要求》的規范。在完成測定中，對1號、2號、3號、4號齒輪軸的表面平均硬度(HRC)而言，分別為61.2、60.5、58.8、59.2;對于齒心部平均硬度(HRC)而言，分別為34.6、34.5、40.1、37.4，結合上述數據在落實感應淬火工藝后，4個方案的表面硬度(HRC)均符合性能(齒面60±2)要求。此外，僅有3 號方案的齒心部硬度(HRC)滿足40±2的性能要求。
檢測齒面、齒根部硬化層深度:齒面和齒根部的表面硬度最高，其內部硬度會隨著距表面距離不斷升高而變化，其硬度(HV)有著不斷降低的特點。在進行齒面和齒根部的硬度梯度分布曲線檢測中，需要結合GB/T9450—2005《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核》中的標準及其規范。
1)在開展齒面的硬度梯度檢測中(見表2)。4個方案中的齒面有效硬化層深度都符合設計標準，同時在頻率的降低下，其有效硬化層深度有著增加的特點。需要注意的是，在3號、4號方案的電流頻率更低下，其齒面的有效硬化層深度更大，不過齒面硬度稍低。同時，應用介質冷卻和應用淬火油冷卻時，其有效硬化層深度接近。
2)在開展齒根位置的硬化層深度檢測中，需要參考GB/T38805—2020《重載齒輪滲碳熱處理技術要求》的要求，在完成檢測后結合表3數據，其齒根硬化層深度均符合標準要求 。其中，3號、4號齒根的有效硬化層深度較深。
表 2 齒面硬度梯度分布
表 3 齒根硬度梯度分布
檢測金相組織:最后，對齒輪軸進行金相組織觀察，在對四個方案進行逐一觀察和記錄后，進行數據分析。具體而言：
1)結合4個方案的表面組織及滲層組織看，其金相組織在感應淬火后，有著形貌基本一致的特點。且組織內有較小的隱針狀馬氏體和細顆粒狀碳化物。
2)對方案1、2而言，其齒心部的組織為顯著的回火索氏體。
3)對方案3、4而言，其齒心部組織為顯著的回火板條馬氏體。因此可以說明，在更低電流頻率的感應加熱下，齒輪軸的透熱深度更深，可以生成正常的回火板條馬氏體。
3齒輪軸感應淬火的實踐
在完成齒輪軸的滲碳、調質后，基于中頻感應淬火、低溫回火等指標參數的落實，經過硬度及金相組織的觀測，3號方案的齒輪軸性能最優，可以滿足各項設計要求。為了驗證3號方案的優化參數，需要進行實際應用 ，并對批次工件進行檢測分析和應用實踐。具體在生產的4批次共計36件齒輪軸中，先進行硬度的解剖檢測，其齒頂表面硬度(HRC)為58.4~60.2;齒根硬度(HRC)為58.4~60.3;齒心部硬度(HRC)為39.4~41.3;齒心部組織1級，各性能指標滿足要求。最后，開展工件應用實踐，故障率得到降低。
4結語
提出滲碳+淬火熱處理方案后，在齒輪軸滲碳后研究其感應淬火參數。具體而言：以電流頻率和冷卻方式的差異，提出4個試驗方案(1~4號);對齒輪軸依次開展表面硬度、硬化層深度及金相組織的檢測; 綜合多項檢測看，齒輪軸在落實淬火工藝后，其齒輪軸的表面硬度(HRC)能提高58以上，且在硬度梯度具有較高數值，感應淬火也能對硬化層金相組織進行改善。最后，進行3號感應淬火方案的實踐，在4批次36件齒輪整體性能滿足要求下，說明基于感應淬火的工藝具有可靠性。
參考文獻：略