汽车自动变速箱连接法兰中频淬火工艺的探讨

[摘要]本文针对薄壁零件在中频淬火时遇到的淬硬层深度问题，进行了分析，并从热处理工艺方面提出了改进措施。使汽车自动变速箱连接法兰淬火问题得到了解决。

关键词 ： 法兰 ， 淬火，工艺

中图分类号：F407文献标识码： A

自动变速箱连接法兰，材料为45#钢，进行中频淬火处理。热处理要求：≥HRC55；有效硬化层深度0.5-1.5mm。中频淬火硬度大于HRC55没问题，但有效硬化层深度0.5-1.5mm就很难保证了。因为中频淬火有效硬化层深度为2-4mm。为此对淬火感应器进行重新设计，对热处理工艺参数进行了多次修改，最后终于淬出合格的产品。

1原始思路

我刚拿到这个产品图时（如图1）要求：硬度≥55有效硬化层深度0.5-1.5 mm 淬火长度≥17 mm。非硬区3-5。金相组织要求3-7级。对于中频淬火有效硬化层深度0.5-1.5 mm没见过，带着探索的心情接下了这个任务。

首先采用自制感应淬火机床，重新设计淬火感应器(图2)，进行中频加热淬火。

中频淬火工艺：电压400V；功率100KW；电流180A；淬火介质为清水；淬火加热温度860-880°C；加热时间2-2.3s;冷却时间3.5-5.5s.

淬火后必须及时回火，回火温度180℃ 。

热处理后经过检查，其硬度为HRC56-57；有效硬化层深度2.2-2.5mm；淬火长度≥17 mm；非硬区长度1-2 mm； 回火马氏体组织为5级，达不到热处理技术要求。[1][3]

图 1 Fig.1

图2 fig.2

2对原淬火工艺进行分析和改进：

众所周知，在热处理工艺中：高频感应加热淬火，硬化层深度一般为1-3 mm。中频感应加热淬火，硬化层深度一般为2-4mm，所以造成淬硬层深度2.2-2.5mm就不足为怪了。我们从钢在淬火工艺中的相变来看，主要是马氏体相变，即AM。但要完成马氏体相变，首先要将钢奥氏体化，即PA。在奥氏体形成后，钢中的化学成分并不立即就均匀一致。为了得到均匀一致的奥氏体，必须加热到足够高的温度和保持一定的时间，使各处的化学成分扩散均匀。如果加热速度越快，过热度越大，转变温度也就越高，从而转变过程进行得也越迅速。所以对于中频淬火要想使淬硬层深度在0.5-1.5mm之内，就必须要获得最大功率和减少加热时间。[4]

对于淬火设备，它是利用中频电流通过中频线圈在工件上产生感应电流，借助集肤效应使工件表面部分迅速加热，然后给予喷液，使工件得到冷却淬火。试验证明：表面电流密度与心部电流密度之比，与通过导体中频电的频率f、导体本身的磁性及导电性有关。电流的集肤厚度（深度）b可以用下式表示：

b=503 (米)

式中：ρ--导体电阻率（欧米）；

f--中频电的频率（赫）；

u--导体的相对导磁率（欧秒/米）。

不难看出，相对提高频率，也是减小淬硬层深度的主要因素。[4]

通过以上分析，我们进行了调试，开始加热工件，观察功率因数表，并调整电容的大小使cos∮=+0.9～-0.95。以容性0.9～0.95为佳，在很广的载荷变化范围内，发电机的端电压降低最少，输出的功率最大。增加激磁电流，调整匝比。当电压达到额定值而电流未达到额定时，则减少变压器初级线圈匝数，当电流达到额定值而电压不足时，则增加匝比。匝比改变后，功率因数将发生变化，需重新选配电容器，再使cos∮=+0.9，频率对应提高了，此时所获得的各项电参数是最大功率的电参数。这样使电源设备输出最大功率，加热时间就减小了。 [2]

3.对淬火感应器进行了改进：

淬火感应器在淬火中出现非硬区不够，需要抬高定位基准，这样就增加了两个环形绝缘垫片。由于淬火时瞬间电流大，连接部分有烧结现象。对烧结现象重新设计，制做了四个带护套的胶木绝缘垫片加以解决。

4.调整淬火工艺参数：

通过对原工艺参数的分析，新的热处理工艺参数定为：电压460V；功率120KW； 电流200-220A；淬火介质为清水；淬火加热温度860-900°C；加热时间1.8s;冷却时间3.5-5.5s.

淬火后必须及时回火，低温回火温度160℃

5.改进后的状况

最后对连接法兰进行热处理 ，淬火后及时进行了低温回火 。

热处理后经过金相检查，其硬度为HRC61.7；有效硬化层深度1.17mm；淬火长度≥17 mm；非硬区长度3-5 mm；回火马氏体组织为6级，完全满足了法兰零件的使用要求[1][3]

6. 结束语

采用回火后精加工内孔各尺寸，确保各尺寸的精度稳定性。通过调试工艺参数，中频淬火能够满足薄壁零件的热处理要求，有效地提高了中频淬火机床的使用范围，成功地解决了自动变速箱连接法兰的热处理问题。

参考文献

[1] 热处理质量检验标准 （南汽内部资料）

[2] 《机床零件热处理》编写组 编机床零件热处理机械工业出版社 1982.10北京第一次印刷

[3] 林信智 等 汽车零部件感应热处理工艺与设备 北京理工大学出版社 1999

[4] 淬火新技术 管鄂 编 上海科技技术出版社1987.11第一版