55钢与S55C钢丝杠光杆感应加热淬火比较

分别采用双匝感应器和倾斜30°单匝感应器的对国产55钢与日本S55C钢丝杠光杆进行表面感应加热淬火,并对处理后的丝杠光杆进行了显微组织分析和硬度测试。结果表明,日本S55C钢组织中的带状偏析较国产55钢明显;经双匝感应器处理的国产55钢与日本S55C钢的淬硬层深度基本一致;而经倾斜30°单匝感应器处理的国产55钢的淬硬层较深、硬度较高。因此,可以采用国产55钢替代日本S55C钢制作40 mm以下小规格的滚珠丝杠。     

国产55钢与日本S55C钢丝杠光杆的表面感应加热淬火工艺质量分析

分别采用双匝感应器和倾斜30°单匝感应器的表面感应加热淬火工艺处理了国产55钢与日本S55C钢丝杠光杆,并对处理后的丝杠光杆进行了显微组织分析和硬度测试。结果表明,日本S55C钢组织中的带状偏析较国产55钢明显;经双匝感应器处理的国产55钢与日本S55C钢的淬硬层深度基本一致;而经倾斜30°单匝感应器处理的国产55钢的淬硬层较深、硬度较高。因此,可以采用国产55钢替代日本S55C钢制作f40 mm以下小规格的滚珠丝杠。     

55CrMo钢感应淬火工艺的数值模拟及工艺优化

借助工艺实验和数值模拟技术,优化了55Cr Mo钢精密滚珠丝杠感应加热及冷却工艺参数,改善了丝杠感应淬火后的淬硬层分布。构建了丝杠单感应圈加热的有限元模型,通过数值模拟得到了单感应圈加热时沟道区域的温度曲线。数值模拟结果表明:沟道区域的温度场分布不合理是导致淬硬层分布不合理的主要原因。针对单感应圈感应淬火工艺的不足,提出了双感应圈加热工艺。数值模拟结果表明,采用双感应圈加热工艺、喷水冷却带宽度为40 mm时,可保证丝杠沟道顶部的淬硬层深度约为6.2 mm,沟道底部的淬硬层深度约为3.0 mm。工艺实验结果表明,丝杠沟道区域的淬硬层分布得到较大的改善,数值模拟结果与工艺实验结果吻合得较好。     

感应淬火对42CrMo钢曲轴连杆轴颈组织性能的影响

采用OM、SEM、X射线应力分析、力学性能测试等手段,分析了感应淬火处理对42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面组织和残余应力的影响,探讨了不同淬火功率对淬硬层形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面由淬硬层、过渡层和基体3部分组成,淬硬层组织为均匀细小的马氏体,过渡层组织为马氏体和回火索氏体的混合组织,基体组织为回火索氏体。经感应淬火处理,42CrMo钢曲轴连杆轴颈表面残余应力由拉应力变为压应力,随着感应淬火功率的增加,淬硬层深度增加,组织不断细化,当感应淬火功率为2500 W,组织最为均匀细小,表面硬度达到了751.3 HV0.1,耐磨性大幅提升;但是淬火功率过高会导致组织粗化,当感应淬火功率为2600 W时,组织有所粗化,硬度也有所降低。     

45钢激光相变硬化和感应加热表面淬火硬化后的组织和性能

采用光学显微镜、电化学工作站和力学性能测试等对45钢在激光相变硬化和感应加热表面淬火两种不同淬火方法下的淬硬层组织、导电性能、耐腐蚀性能进行了对比分析。结果表明:经过激光相变硬化处理过的45钢试样导热性要低于感应加热表面淬火试样,而经过表面淬火处理的试样导热性明显低于未经过处理的试样;在相同扫描速度4 mm/s下,感应加热表面淬火试样的淬硬层深度远大于激光相变硬化试样的淬硬层深度,淬硬层组织分布相对弥散,马氏体转化率较低,激光相变硬化试样淬硬层组织晶粒相对细小,淬硬层较薄,转化马氏体组织较为均匀;同时激光相变硬化试样的腐蚀程度小于感应加热表面淬火试样,而感应加热表面淬火试样腐蚀后的硬度值及强度不如前者,总体而言,激光相变硬化试样的淬火效果要优于感应加热表面淬火试样的淬火效果。     

表面淬火工艺对大型轴承套圈用42CrMo钢淬硬层的影响

对42CrMo中碳轴承钢进行不同温度中频感应加热及淬火介质的表面淬火处理,并使用洛氏硬度计、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对淬火试样不同区域组织及硬度进行测试分析。结果表明,经表面淬火处理后,按硬度由大到小试样可分为淬硬区、过渡区及基体3个区域,随着表面淬火加热温度的升高,表面淬硬层的深度增加,并且相对于水淬,油淬的淬硬层深度显著减少。组织分析表明,水淬淬硬区组织均为马氏体,而油淬工艺由于冷速较慢,淬硬层组织为马氏体+铁素体组织,不同表面淬火工艺条件下过渡区组织均为马氏体+回火索氏体,基体为原始调质态的回火索氏体。淬硬区、过渡区及基体的组织差异导致不同区域的硬度差异。实际应用中应根据所需淬硬层深度选择合适的水淬加热温度。     

分段式结构感应圈整体感应淬火技术

研究开发了分段式结构感应圈整体感应加热淬火技术,实现汽车CV等速传动轴三销轴叉零件一次装夹完成两个非连续区域(两段)整体感应淬火。结果表明:分段式结构感应圈加工调试的零件硬化层深度、表面硬度、显微组织均满足设计要求;静扭、扭转疲劳试验合格。     

机械传动丝杠用ZG30CrMnSiMoTi钢淬火工艺研究

研究了机械传动丝杠用ZG30CrMnSiMoTi钢的淬火工艺。结果表明,当感应加热温度稍高于A_(c3)时可得到细小的马氏体组织。随着加热速率增加,ZG30CrMnSiMoTi钢奥氏体化完成所需时间越来越短,该钢种的奥氏体化起始与完成温度与加热速率成正比。传动部件在单感应圈感应加热时厚度方向上存在着温度梯度,这在随后的冷却过程中将会导致淬硬层硬度不均匀分布和应力开裂;双感应圈感应加热后完全奥氏体化厚度大,且沟道端部和底部之间温度接近,在端部淬火时残余应力很小、无裂纹产生。     

42CrMo钢驱动轮轴的感应热处理工艺

利用GCK10150感应淬火机床（KGPS250/8000电源）和自主研发设计的感应器对某型号大轮拖拉机（≥160马力）42CrMo钢驱动轮轴进行表面淬火工艺试验,借助磁粉探伤仪、洛氏硬度计、金相显微镜和静扭试验机对感应淬火后的42CrMo钢驱动轮轴的组织与性能进行了分析。结果表明,42CrMo钢驱动轮轴感应淬火后的淬硬层深满足花键根部3.25～8.25 mm、光轴表面7～12 mm、键槽≥2 mm,硬度满足淬火硬度52～57 HRC、调质硬度262~302 HBW,并且淬硬层连续,同时零件表面不存在烧伤、裂纹等缺陷。42CrMo钢经基体调质+感应淬火+200 ℃×2 h回火后的抗扭性能最高。     

GCr15钢滚珠丝杠倾斜感应器淬火的质量分析

本文采用倾斜30°感应器的表面感应加热淬火工艺处理了Ф40mm GCr15钢滚珠丝杠。金相观察和显微硬度测量结果表明,滚珠丝杠齿底部位的硬化层硬度及硬化层深度可以满足Ф40mm规格滚珠丝杠的技术要求。因此,Ф40mm规格以下的GCr15钢滚珠丝杠可以采用倾斜感应器的表面感应加热淬火新工艺。     

42CrMo钢高频感应淬火及回火对组织及硬度的影响

采用高频感应加热对42CrMo活塞杆进行表面淬火,然后对其进行200℃×2 h回火。采用VHX-600K金相显微镜和HXD-1000硬度仪对其进行组织观察和硬度分析。结果表明,42CrMo经高频感应加热表面淬火以及淬火+回火工艺处理后,淬硬层为马氏体组织,过渡区为马氏体与回火索氏体的混合组织,基体为回火索氏体。两种处理条件下淬硬层的深度分别为1.9、1.8 mm,平均硬度分别为435、415 HV0.1,可满足实际要求。     

42CrMo钢激光-感应复合淬火淬硬层几何特征及组织研究

采用激光-感应复合淬火的新工艺,将激光和电磁感应两种热源复合提高42CrMo钢激光淬火的淬硬层深度和均匀性。利用COMSOL Multiphysics 5.5软件对42CrMo复合淬火过程中温度场的演变过程进行分析,通过淬火实验对模型进行了验证,淬硬层深度模拟值与实验值一致性较高。采用该模型,比较了复合淬火与单一激光和单一感应淬火在同工艺下淬硬层的表面温度和深度,分析了不同扫描速度和激光光斑尺寸对淬硬层深度的影响。通过实验对复合淬火的淬硬层深度、硬度、晶粒大小和显微组织进行分析。结果表明,激光-感应复合淬火可以有效提高试样的表面淬火温度,提高淬硬层宽度和深度,弥补单一激光淬火功率不足的缺点,通过模型预测了复合淬火最优扫描速度和光斑尺寸。相较于两种单一淬火,复合淬火的晶粒度和显微组织形态在深度方向上的变化趋势与激光淬火相似,且具有更高的淬硬层平均硬度。     

磨削深度及原始组织对42CrMo磨削淬硬层的影响

在磨削深度为0.1～0.6 mm的条件下对调质态、正火态及退火态42CrMo钢进行了磨削淬火试验。结果表明:磨削淬火后,三种原始组织试样磨削淬火后的完全淬硬区显微硬度为510～878 HV。正火、调质及退火态试件的淬硬层厚度分别为1.75、1.5和1.25 mm。磨削淬火后,调质态的42CrMo钢完全淬硬层组织为略大的板条状马氏体组织,正火态的42CrMo钢完全淬硬层的马氏体组织最为细小,退火态的42CrMo钢完全淬硬层板条状马氏体尺寸居于二者之间。     

精化55钢滚珠丝杠双匝感应加热淬火及性能分析

通过精化国产55钢的成分,提高Mn元素含量,降低P元素含量,在保持55钢力学性能的前提下,提升其热处理性能,Ms(马氏体开始转变温度)和Mf点分别为282℃和220℃。采用双匝感应器对55钢滚珠丝杠进行表面感应淬火,淬火后丝杠沟道顶部及底部都得到了理想深度的淬硬层,且硬度梯度分布合理;淬火后丝杠表层呈现低压应力状态,摩擦系数稳定在0.6,精度保持性试验证明丝杠精度保持性良好。利用数值模拟,得到了双匝感应器加热冷却时丝杠沟道处的温度分布曲线,阐释了双匝感应淬火机理。     

加热温度及保温时间对55CrMo钢相变的影响

为了改善精密滚珠丝杠感应淬火后的表层硬度及硬度均匀性,提高耐磨性及寿命,利用Gleeble-1500D热模拟试验机,以50℃/s的加热速度,将55CrMo钢试样分别加热到800、850、900、950、1000、1100和1200℃,并在相应温度分别保温8、16和32 s,然后以50℃/s的冷却速度进行冷却,研究加热温度及保温时间对55CrMo钢相变温度、微观组织、显微硬度的影响。结果表明:在快速加热条件下,55CrMo钢奥氏体化温度升高;升高加热温度和延长保温时间均有利于促进奥氏体化均匀,抑制贝氏体转变,有利于增加均匀细小的马氏体组织,改善丝杠表面淬硬层硬度值的均匀性;55CrMo钢感应淬火时,应将感应加热的温度控制在900~1000℃范围内。     

45钢光轴连续感应淬火过程的数值模拟

建立45钢无限长轴对称工件连续感应淬火过程的二维物理模型,并进行温度场的数值模拟。根据连续感应淬火过程中温度场的分布给出了判断淬硬层深度的依据,并结合Maynier组织预测模型与硬度公式计算出工件不同深度处的硬度值进行验证。结果表明,可根据工件感应加热区域进入喷水冷却时刻的径向温度分布曲线来预测连续感应淬火最终淬硬层深度。根据这一结论,可以用所建立的有限元模型对连续感应淬火工件淬硬层深度进行预测。     

行星架中频感应淬火的工艺研究

针对行星架感应淬火过程中出现的内齿圈淬硬层深不等和表面硬度分布不均的现象,进行了对比试验研究。结果表明,通过改变感应加热的热传递方式,以及调整感应淬火设备的功率、频率等工艺参数,使行星架感应区的淬硬层深度接近、表面硬度分布均匀,金相组织符合国标标准。本研究结论可为行业内类似行星架的淬火处理提供参考。     

感应淬火对半轴用非调质钢高周疲劳性能的影响

利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了一种半轴用铁素体+珠光体型非调质钢感应淬火前后高周疲劳性能的变化。结果表明,试验钢试样感应淬火后表层形成了厚度约1.2 mm、平均显微硬度约650 HV0.3的马氏体组织淬硬层。该淬硬层具有较高的残余压应力和十分细小的原奥氏体晶粒。感应淬火处理后,试验钢的疲劳耐久极限从420 MPa提高到716 MPa。疲劳断口的SEM观察表明,未经感应淬火试样的疲劳裂纹均起源于试样的表面基体,而经表面感应淬火后的疲劳裂纹则起裂于淬硬层边界附近的内部基体。     

采用CCT和TTT曲线预测感应淬火硬化层组织和硬度

基于不同奥氏体化温度和组织含量的45、40Cr和42Cr Mo钢的CCT和TTT曲线,建立了轴感应淬火过程物理模型,用于预测钢感应淬火淬硬层深度、组织及硬度。结果表明:CCT和TTT曲线物理模型的模拟结果相一致,并与Maynier模型的预测结果和轴感应淬火处理的实测结果相吻合。钢的奥氏体化温度、合金元素含量增加,则相应增加感应淬硬层深度,改变了轴径向的组织和硬度分布,钢中含碳量变化使感应淬火的具有相同主要组织含量位置的硬度波动,主要组织含量和相应硬度计算值的误差在0%~5%内波动,表明采用CCT和TTT曲线预测钢感应淬火淬硬层组织硬度具有普适性。     

轮毂轴承内法兰盘淬火工艺优化

对55钢轮毂轴承内法兰盘感应加热淬火工艺进行了试验优化,研究了淬火液浓度、电流频率、功率时间比、淬火液流量等因素对淬硬层表面硬度和组织的影响。结果表明,随着淬火液浓度的降低和加热功率的增加,淬硬层表面硬度逐渐升高,在一定范围内,淬火液流量和淬火频率对淬硬层表面硬度影响不显著。淬火液浓度过低会导致淬火开裂风险增加,加热功率升高会导致淬硬层表面马氏体粗大。淬火液浓度5%,加热功率169 kW,加热时间5. 6 s,淬火频率15 kHz,淬火液流量80 L/min为最优工艺参数。