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1、飞轮起动齿圈高频淬火裂纹控制赵 瑞 1 高 海 峰 1 李 志 广 2 赵 臣 俊 3( 1.山 西 柴 油 机 工 业 有 限 责 任 公 司 , 山 西 037036 ; 2.山 西 晋 柴 机 械 制 造 有 限 公 司 ,山 西 037036; 3.驻 山 西 柴 油 机 工 业 有 限 责 任 公 司 军 事 代 表 室 , 山 西 037036)摘 要 以 150 系 列 大 功 率 高 速 柴 油 机 的 飞 轮 起 动 齿 圈 高 频 淬 火 为 研 究 对 象 , 分 析 了 起 动 齿 圈原 高 频 淬 火 裂 纹 的 产 生 原 因 , 找 到 了 有 效 防 止 其 高
2、 频 淬 火 裂 纹 的 工 艺 方 法 。Abs tra ct: Analysis on crack of starting ring gears caused by high frequency hardening is carried out on the starting ring gear of heavy - duty high - speed diesel engine of 150 series. Through analysis on hardening process and parameters, an effective way of preventing such p
3、roblem is found.关 键 词 : 起 动 齿 圈 高 频 淬 火 裂 纹 质 量 控 制Ke y words : s ta rting ge a r, high fre que ncy ha rde ning, cra ck, te chnology improve me nt1 前 言飞 轮 起 动 齿 圈 是 150 系 列 大 功 率 高 速 柴 油 机 在动 飞 轮 锻 件 经 调 质 处 理 后 , 基 体 与 齿 形 部 分 的 硬 度不 均 , 组 织 均 匀 化 程 度 差 1, 或 在 机 械 加 工 和 热 处重 载 荷 、 高 摩 擦 和 较 大 冲 击 条
4、 件 下 工 作 的 零 件 , 其材 料 为 45Cr 钢 , 为 飞 轮 - 起 动 齿 圈 一 体 结 构 。 在 锻 造 和 机 械 加 工 后 需 对 其 调 质 和 齿 的 飞 铁 楔 入 角 部 位 进 行 高 频 淬 火 。 在 高 频 淬 火 过 程 中 , 起 动 齿 圈 齿 根 和 节 圆 附 近 ( 起 动 齿 圈 的 齿 形 与 圆 柱 齿 轮 的 齿 形理 后 已 经 存 在 锻 造 折 叠 或 裂 纹 缺 陷 等 , 也 易 产 生 高频 淬 火 裂 纹 。3.2 淬 火 工 艺 参 数 的 影 响研 究 表 明 , 45Cr 钢 淬 火 从 奥 氏 体 状 态
5、冷 却 至Ms 点 ( 约 310 ) 的 临 界 冷 却 速 度 vc 约 为 55 /s ,相 似 ) 极 易 产 生 裂 纹 , 高 频 淬 火 合 格 品 率 不 足 当 45Cr 钢 淬 火 温 度 偏 高 时 , 实 际 喷 水 冷 却 速 度 高50%。 因 此 , 对 起 动 齿 圈 高 频 淬 火 工 艺 过 程 进 行 质 达 600 /s 以 上 , 这 时 组 织 应 力 和 热 应 力 大 , 在 相量 控 制 , 具 有 重 要 意 义 。 对 尺 寸 较 小 的 单 齿 部 位 是 薄 弱 环 节 , 极 易 产 生 淬 火2 原 高 频 淬 火 工 艺采 取 单
6、 齿 高 频 淬 火 方 法 。 工 艺 流 程 为 :裂 纹 24; 或 淬 火 时 未 产 生 裂 纹 , 但 回 火 不 及 时 、高 频 加 或 回 火 时 间 短 也 易 产 生 裂 纹 。3.3 起 动 飞 轮 形 状 特 点 的 影 响起 动 飞 轮 基 体 尺 寸 为 567 mm 50.5 mm ,热 淬 火 低 温 回 火 。 高 频 淬 火 工 艺 规 范 中 , 感 应线 圈 的 阳 极 电 压 U 阳 极 =9 10 kV, 阳 极 电 流 I 阳 极 =1.0 1.5 A, 栅 极 电 流 I 栅 极 =0.30 0.50 A, 高 频 淬 火 齿 圈 齿 形 模
7、数 较 小 为 3.5, 加 热 时 间 短 ,量 较 小 , 高 频 淬 火 工 艺 性 能 较 差 。3.4 淬 火 裂 纹 与 淬 火 工 装 尺 寸 精 度 有 关齿 部 蓄 热+50温 度 为 860 0 ,水 或 合 成 淬 火 剂加 热 时 间 为 3 5 s ,( 浓 度 为 3% 15%) 。冷 却 介 质 为3 高 频 淬 火 裂 纹 分 析3.1 45Cr 钢 材 料 品 质 的 影 响45Cr 钢 的 含 碳 量 较 高 , 尤 其 是 含 碳 量 为 上 限 、起 动 齿 圈 高 频 淬 火 工 装 尺 寸 精 度 较 低 时 , 直 接影 响 齿 圈 与 感 应 器
8、 的 间 隙 , 从 而 影 响 单 齿 加 热 温 度的 均 匀 性 齿 根 未 淬 硬 , 或 淬 火 硬 度 与 淬 硬 层56,化 学 成 份 偏 析 或 材 料 有 缺 陷 时 , 如 果 未 按 化 学 成 分 深 度 不 均 匀 , 也 易 在 齿 根 弧 部 位 产 生 形 淬 火 裂 纹 。4 预 防 齿 圈 高 频 淬 火 裂 纹 的 措 施调 整 高 频 淬 火 工 艺 参 数 , 易 产 生 高 频 淬 火 裂 纹 。 起来 稿 日 期 : 2007- 04- 23作 者 简 介 : 赵 瑞 ( 1960- ) , 男 , 高 级 工 程 师 , 主 要 研 究 方 向
9、 为 热 处 理 科 研 与 管 理 工 作 。( 155) - 43 -4.1 确 保 飞 轮 材 料 的 品 质飞 轮 的 加 工 工 艺 路 线 为 :5 结 论1) 起 动 飞 轮 的 材 料 品 质 、 形 状 特 点 、 工 艺 参下 料 锻 造 正 火 机 械 粗 加 工 调 质 机 械 精 加 工 齿 圈 高 频 淬 火 数 , 以 及 高 频 淬 火 工 装 精 度 等 影 响 因 素 ,轮 高 频 淬 火 产 生 裂 纹 的 关 键 要 素 。是 起 动 飞低 温 回 火 氧 化 探 伤 。 应 确 保 原 材 料 品 质 ( 尤 其是 钢 的 含 碳 量 等 化 学 成
10、分 控 制 在 规 定 含 量 的 中 间 值为 最 佳 ) 、 飞 轮 锻 件 应 进 行 充 分 的 正 火 和 调 质 处 理 ,为 高 频 淬 火 提 供 较 理 想 的 组 织 保 证 。4.2 优 化 高 频 淬 火 的 工 艺 参 数 严 格 控 制 高 频 淬 火 温 度 , 按 照 含 碳 量 低 淬 火 温度 取 上 限 值 , 含 碳 量 高 淬 火 温 度 取 下 限 值 的 原 则 ,将 工 艺 参 数 控 制 为 U 阳 极 =9 10 kV, I 阳 极 =1.4 1.5 A2) 按 优 化 的 高 频 淬 火 工 艺 参 数 与 方 法 , 使 起动 齿 圈 高
11、 频 淬 火 裂 纹 合 格 品 率 由 不 足 50%提 高 到99.5%。参 考 文 献1 张 志 文 . 锻 造 工 艺 学 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 ,1988.2 Mai W, H enneberberger G. Field and T emperature calculation in T ransverse Flux Inductive H eating Devices H eating non- paramagnetic Materials U sing Surface Impedance Formulation for non- linear Eddy-
12、current problems.IEEE T ransactions Magnet- ics.1999, 35(3): 1590- 1593.3 Dughiero F, Forzan M, Lupi S and M. N umericaland Experimental Analysis of an, Electro- thermal couple problem for T ransverse Flux Induction H eat- ing Equipment. IEEE T ransactions on Magnetic,1998, 34(5): 3106- 3108.4 刘 宗 昌
13、 . 钢 件 的 淬 火 开 裂 及 防 止 办 法 . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 ,1991.5 潘 天 明 . 现 代 感 应 加 热 装 置 . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 ,1996.和 I 栅 极 =0.38 0.40 A, 以 保 证 高 频 淬 火 温 度 波 动 范+30围 小 ( 选 择 淬 火 加 热 温 度 860 0 ) , 以 获 得 较 为细 小 的 奥 氏 体 晶 粒 ; 缩 短 从 起 动 齿 轮 高 频 淬 火 后 到低 温 回 火 的 时 间 ( 高 频 淬 火 后 立 即 进 行 250 - 3 h 低 温 回 火 ) , 快 速
14、 消 除 淬 火 应 力 并 获 得 45 50 HRC 的 硬 度 。4.3 改 变 高 频 淬 火 的 冷 却 介 质齿 部 高 频 淬 火 从 奥 氏 体 化 温 度 ( 约 880 ) 在冷空 气 中 自 然 冷 却 至 Ms 点 以 下 约 需 时 间 2 3 s ,却 速 度 约 为 300 /s ( 大 于 vc) , 将 高 频 淬 火 冷 却介 质 水 或 合 成 淬 火 剂 改 为 空 气 介 质 , 利 用 空 冷 及 齿圈 本 体 的 “冷 铁 ”效 果 ,出 硬 度 52 HRC。4.4 提 高 工 装 尺 寸 精 度获 得 淬 火 马 氏 体 组 织 , 淬提 高
15、淬 火 工 装 ( 如 感 应 线 圈 ) 的 尺 寸 精 度 , 使起 动 齿 圈 与 感 应 线 圈 间 隙 均 匀 , 可 以 提 高 加 热 温 6 林 信 智 , 杨 连 第 . 汽 车 零 部 件 感 应 热 处 理 工 艺 与度 、 淬 火 硬 度 和 淬 硬 层 深 度 的 均 匀 性 。 设 备 . 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社 , 1998.( 上 接 第 42 页 )3.4 AMT 定 性 价 值 分 析整 车 安 装 AMT 系 统 后 ,的 优 势 :1) AMT 整 车 经 济 性 好 , 油 耗 与 手 动 档 相 当驾 驶 员 无 需 踩 踏 离 合 ( 甚 至 略 低 ) ; 比 AT 节 油 20%左 右 ;器 踏 板 、 无 需 操 纵 换 档 杆 , 这 不 但 可 以 把 驾 驶 员 从 2) AMT 整 车 可 靠 性 好 ,报 修 率 , 减 少 维 修 费 用 。可 以 大 幅 度 降 低 整 车每 天 2 0003 000 次 的 换 档 动 作 中 解 放 出 来 , 大 幅度 地 降 低 劳 动 强 度 , 还 可 以 使 驾 驶 员 更 加 关 注 路 面 3
