關于電機軸的金屬熱處理變形的控制

劉富金，謝世杰

（江西省核工業地質局二六四大隊，江西 贛州 341000）

所謂金屬材料熱處理就是指根據相關的要求對特定的金屬原材料進行科學合理的加熱冷卻處理，在生產實踐中主要包括三部分，分別是退火（正火）處理、淬火加工以及回火加工。退火（正火）處理是對金屬原材料加熱到適當溫度保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其目的主要是為了調節金屬材料硬度便于進行切削加工。

淬火是將金屬材料加熱到臨界點以上，保溫后急速冷卻的熱處理工藝。其目的主要是提高金屬材料的硬度。回火是將金屬材料加熱到A1以下某個溫度保溫后再冷卻的熱處理工藝。其目的主要是調整金屬的硬度和韌性，修整淬火熱處理的變形，從而確保金屬材料熱處理工作的順利完成[1]。

利用熱處理技術對金屬材料進行處理加工，能夠有效的提升金屬材料的性能，同時還能夠拓展金屬材料在其它領域的應用發展，充分發揮出金屬材料自身的價值和作用[2]。然而，在對金屬材料進行熱加工處理時，往往會由于其它方面的因素，影響金屬材料熱加工處理的整體效率與質量，進而嚴重影響金屬材料的整體性能。

為此，本文就關于電機軸花鍵的金屬熱處理變形的控制進行了深入的研究與分析，同時結合電機軸花鍵的金屬熱處理變形的實際狀況制定了相應的完善措施，以期提高金屬材料熱處理的效率和質量[3]。

1 電機軸花鍵的金屬熱處理變形的控制研究

1.1 金屬材料及熱處理工藝的選擇

由于電機軸花鍵的金屬材料自身存在一定的差異性，因此其熱處理之后的整體的結構特點也會存在著一定的差異。為此，在生產電機軸之前要對不同的金屬材料的特點以及整體結構進行綜合性分析，選擇合理的金屬材料，再為電機軸花鍵金屬材料的熱處理制定一個科學合理的處理工序，以此來確保熱處理的工作質量，從源頭避免金屬材料出現大量變形的問題。

除此以外，在對電機軸花鍵的金屬材料進行熱處理時，為了降低金屬材料熱處理時的變形概率，需要相關的工作人員針對具體的產品參數及時對金屬材料進行科學合理的熱處理安排，根據實際情況探索能滿足產品要求的熱處理工藝。這樣不僅能夠確保電機軸花鍵的金屬材料整體穩定性，同時還能夠避免出現金屬材料表面硬度不均勻的現象[4]。

以下以生產實踐中的案例加以分析說明。

某款電機軸技術要求花鍵硬度為58HRC～62HRC，應用于高轉速場合。通過分析可以確定該電機軸采用滲碳鋼+滲碳淬火熱處理工藝比中碳鋼+高頻感應淬火熱處理工藝更符合產品的技術要求及應用場合。滲碳鋼中，20CrMnTi應用廣泛，綜合性能良好。其典型的工藝路線為：下料→正火→粗加工→半精加工→滲碳→淬火＋低溫回火→磨削。

1.2 淬火方式及淬火介質的選擇

當前，我國金屬材料淬火常用的冷卻方法主要有四種，分別是分級淬火冷卻方式、等溫淬火冷卻方式、雙液淬火冷卻方式以及單液淬火冷卻方式。這四種冷卻方法各有各的優勢和缺點[4]。其中分級淬火冷卻方式的優點是能夠有效地降低工件的內應力，增強金屬材料結構的完整性，然而它也存在一定的缺點，比如在熱處理過程的堿浴或鹽浴中需要大量淬火介質，這在一定程度上加大了金屬材料熱處理的費用和成本。

單液淬火冷卻方法在成本上具有一定的優勢，且機械化與自動化功能相對完善，但是在具體實施過程當中卻存在著冷卻速度相對難控制的問題。為此，在進行金屬熱處理工作時要根據實際狀況選擇科學合理的冷卻方式。

通常情況下，工程量較大的情況下使用分級淬火冷卻方法，根據不同性質的金屬材料選擇不同等級的淬火冷卻方式，做到一對一選擇，以此來降低金屬材料熱處理變形的幾率；而熱處理工程量較小的情況則優先使用單液淬火冷卻方式，該冷卻方法便于操作、應用便捷，且成本相對較低，適用于小規模的金屬熱處理工程。

當前，我國最為常用的兩種淬火介質是水和油，這兩種介質各有優勢，且有自身的使用要求。通常情況下，油在低溫區（200℃ ～300℃）的冷卻能力較理想，在高溫區（550℃～650℃）的冷卻能力太低，而水在低溫區的冷卻能力卻太大，在高溫區的冷卻能力還不夠強。

為此相關工作人員要立足實際情況選擇合適的淬火介質[2]。如果淬火介質選擇的不夠合理，那么在熱處理過程當中就會增強金屬材料的內部應力，使金屬材料出現變形的問題，嚴重的甚至會導致金屬材料裂開。

在試生產某款電機軸的過程中，試驗過將常規油冷淬火方式改為分級淬火方式，試驗結果見后文。

1.3 通過回火加工實現變形控制

回火加工在金屬材料熱處理工作當中占據著一個重要地位，金屬材料淬火后不經回火一般是不能直接使用的，及時回火能避免金屬工件在放置過程中發生變形或開裂，因此回火直接影響著金屬材料成品的質量。

回火根據溫度高低可分為150℃ ～250℃的低溫回火，350℃ ～500℃的中溫回火，500℃ ～650℃的高溫回火，對應的硬度結果分別為58HRC～64HRC、35HRC～45HRC、25HRC～35HRC。在回火過程中，回火的保溫時長對控制金屬材料淬火的變形量起到了非常關鍵的作用。回火時間不足則應力消除不充分，而回火時間過久則影響最終的硬度。

2 電機軸花鍵的金屬熱處理變形的實驗分析

為了驗證關于電機軸的金屬熱處理變形控制方法的實效性和應用價值，特意進行了實驗分析。此次實驗以電動汽車電機軸的花鍵參數為例，實驗采取對照組方式，1組采取傳統金屬熱處理方法，2組使用改進后的金屬熱處理方法，具體實驗數據如表1 所示，圖1、圖2 分別為實驗1組實驗2組中代表性電機軸的齒累檢測結果。

圖1 熱處理后的兩組齒輪對比

圖2 兩組齒輪公差值對比

表1 實驗數據表

通過表1 實驗數據資料表可以發現，在對電動汽車電機軸金屬材料進行淬火溫度為840℃，冷卻方式為油冷和分級淬火的熱處理工藝時，兩種熱處理技術的齒形、齒向、齒距累積公差值都有所不同，其中1組的齒形、齒向、齒距累積公差值均比較大，且變動范圍大。而2組齒形、齒向、齒距累積公差值相對較小，變動范圍也小。

3 結語

總而言之，在對金屬材料進行熱處理時由于一些固有的因素會導致金屬材料產生變形的問題，影響金屬材料的性質和屬性。因此，根據產品特性合理的選擇金屬材料，根據金屬材料特性合理選擇熱處理工藝以及控制其中的變形因素，就可以充分發揮金屬材料特性，減少熱處理過程中材料變形的概率。