大型內齒圈感應淬火裂紋研究與改善

■ 葉小飛，易亮，朱百智

感應加熱淬火與傳統普通淬火相比，具有工藝簡單，工件變形小，高效節能環保，以及易于實現機械自動化等優點，成為一種常用的表面熱處理技術。內齒圈作為風電齒輪箱傳動機構的重要組成部分，常采用感應淬火硬化方式進行加工。但隨著齒圈模數的增大，既要滿足隨之增加的有效硬化層深度，又要預防裂紋，難度相當高。因此，在實際生產中，部分大型內齒圈的感應淬火裂紋問題，導致了巨大的經濟損失及交貨期延遲。本文通過優化感應淬火工藝，解決了裂紋問題，穩定了質量。

1. 大型內齒圈技術參數

內齒圈加工技術要求見表1。

2. 裂紋影響因素

感應淬火裂紋的主要質量影響因素包括：原材料、預備熱處理、銑齒和感應淬火工藝等方面。例如材料的淬透性，成分偏析，預備熱處理組織狀態，以及銑齒工序齒部余量的分配等，都在一定程度上影響著感應淬火質量穩定性。感應淬火工藝主要影響因素有加熱速度、淬冷烈度、淬火溫度等。本文著重通過調節加熱功率、掃描速度、噴淋流量等工藝參數來優化感應淬火工藝，降低淬火過程中的組織應力和熱應力導致的淬火裂紋。

表1 內齒圈加工技術要求

3. 工藝參數優化

（1）參數優化 為降低裂紋風險，工藝優化思路如下：減緩加熱速度可以減少淬硬層的溫度差，避免次表層過熱導致晶間強度降低形成微裂紋，以及減小次表層后發生轉變體積膨脹產生的組織應力；淬冷烈度降低，使得零件在馬氏體轉變區緩冷，獲得比體積均勻一致的馬氏體組織；降低淬火溫度，以降低隨后淬火冷卻過程中產生的熱應力及組織應力。

優化方案：如前所述，在滿足感應淬火層深技術要求的前提下，可通過降低加熱功率、掃描速度、噴淋流量，以及延遲淬火時間等方法對感應淬火工藝進行優化，以解決齒圈裂紋問題。工藝參數優化見表2。

（2）生產驗證 對優化的A、B、C、D四組工藝進行小批量實踐生產驗證，結果見表3。在優化工藝的小批量實踐生產中，前面三組A、B、C三種工藝依然發現有齒圈開裂，磁痕顯示如附圖所示。

而第D組工藝在小批量試生產未發生齒圈裂紋現象。后續采用該優化的D工藝生產了36件齒圈，未發現齒圈裂紋。小批量生產結果表明，優化的感應淬火工藝（功率降低24%、掃描速度降低25%，噴淋流量降低15%，淬火延遲8s），降低了齒圈的開裂風險。

表2 大型內齒圈感應淬火工藝方案

表3 大型內齒圈感應淬火小批量實踐生產結果

4. 推廣應用

優化后的工藝已推廣應用于數千件齒圈，未發生開裂情況，感應淬火齒圈質量可靠性得到提高。

大齒圈裂紋磁痕顯示圖

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