典型汽车零件感应热处理技术的新发展

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1、典型汽车零件感应热处理技术的新发展赵俊平吴永强（东风汽车公司工艺研究所，湖北十堰442001）感应热处理技术是一项高效、节能、环保的热处理技术，符合现代工业生产的3S和3C标准（Sure可靠、Safe安全、Saving节约及Cool低温、Clean清洁、Clam安静），几十年来有了迅速的发展，特别是在汽车生产方面得到了广泛应用。我国感应热处理技术在汽车制造业的真正应用，开始于20世纪50年代一汽投产时，到目前一直处于蓬勃发展中，以商用车为例，感应淬火零件数量达到100多种，占全部热处理零件数量的70%左右，我国感应热处理技术水平已进入世界先进行列。本文先简要介绍一下感应热处理设备，然后

2、以典型零件为例重点介绍感应淬火工艺的发展情况。1感应热处理设备1.1感应加热电源感应加热电源的发展经历了机械式中频发电机组和真空管式高频电源、SCR中频电源及IGBT电源三个发展阶段。在中频段，工业发达国家已用SCR中频电源和IGBT电源完全取代了中频发电机组，我国自90年代中期开始淘汰中频机组，现已基本完成；在高频段，MOSFET和SIT也正在逐步取代真空管式高频电源。目前，大功率电源在国内已经实现工业化生产，质量稳定，价格仅为进口电源的1/3－1/2，国产淬火用SCR电源可以做到2000kW；新型的IGBT电源，工作频率范围宽，负载适应性强，电效率高，工艺调整非常方便，国内如高周波

3、、恒进等公司均可生产，频率范围覆盖1－100kHz，功率达到1000kW，可以完全取代进口，并已实现部分出口。1.2淬火机床感应淬火机床大体可分为通用淬火机床和专用淬火机床：通用淬火机床朝柔性化方向发展；专用淬火机床则更加专用化。它们有一个共同特点，即趋向于自动化，普遍采用了CNC控制，SIEMENS、FANUC等控制系统都有所应用，国内以东风公司工艺所和一汽材工部为代表的公司研制成功了多台（套）大型的感应淬火成套设备（生产线），达到了国际先进水平。6图1全自动曲轴淬火机床图2监控界面图1和图2所示为东风公司工艺研究所研制成功的全自动曲轴淬火成套设备及其监控界面，该设备采用了功率分配、

4、薄型淬火变压器、独立悬挂、缓冲进给、旋转准停等新技术，具有设备监控、故障诊断、参数纪录及零件返修等功能，另外还设计了模拟控制面板，操作者可以通过鼠标或键盘控制机床动作。该设备根据需要同时悬挂3套以上的薄型变压器－感应器单元，工作过程中不需要更换感应器。工作时只要将曲轴放在机床的上料位，设备自动完成全部淬火加工，不需要人工操作。1典型零件的淬火工艺2.1半轴半轴感应淬火的主要目的是提高扭转强度，感应淬火后其扭转疲劳强度比调质态提高十几倍，目前国内外汽车半轴都采用了感应淬火工艺。半轴淬火技术分环形感应器连续淬火和矩形感应器一次淬火两种，技术都比较成熟。随着汽车载重量的增加，特别是发动机功率

5、的大幅增加，半轴逐渐成为动力传动系统中的薄弱环节，所以最近两年，就如何提高半轴强度又开始了新的研究，普遍的做法是增加半轴直径，现在已经增大到φ60mm或更大，同时为减小半轴法兰部位过渡圆角的应力水平，增大圆角尺寸，从R7mm增加到R20mm或更大。材料和热处理科研人员正研究如何提高半轴淬火硬化层的深度，扩大法兰部位淬火范围，这是提高零件强度的有效措施，试验数据表明，将半轴的淬硬层提高到43%以上能够获得理想的扭转疲劳强度等性能指标。较大的半轴厂为提高生产率，往往选择矩形感应器一次淬火工艺，该工艺需要选用大功率变频电源，如东风车桥公司在半轴淬火中就选用了500kW的电源。6图3半轴自动淬

6、火机床在大功率半轴淬火工艺过程中，由于加热时间短，电网的波动对淬火质量影响明显，为此研究人员设计了能量控制器，能量控制器工作原理主要是监控电源输出功率的变化，积分后计算出能量，通过控制中频电压或加热时间保证功率或加热能量的稳定，从而控制淬火质量。能量控制器最早由国外引进，现在国内也已工业化生产，在其它零件的加工中也有应用。2.2曲轴曲轴热处理强化技术有很多种，过去国内应用最多的是渗氮强化，东风汽车公司早在1974年开始在国内率先采用感应淬火工艺，但一直到2000年左右，国内才开始大量淘汰渗氮工艺。感应淬火可以提高曲轴疲劳强度130％以上，是目前大功率发动机曲轴强化的必选工艺。过去全自动

7、曲轴淬火机床一直依靠进口，目前国内设备已经能够满足要求。美国的应达公司最近开发成功曲轴静止淬火技术，利用集流器原理实现轴径的静止加热淬火，其特点是生产效率高、设备成本低、占地面积小。但该技术仅局限于轴径淬火，不能实现圆角淬火，非常适合中小型发动机曲轴轴径淬火，在我国还未推广使用。图4曲轴静止淬火技术感应器是保证曲轴淬火质量最关键的装备部件，随着制作工艺的不断完善，曲轴淬火感应器的制作水平也取得很大提升，目前国内主要感应器制造厂都可以制造整体成型