半轴中频淬火工艺延长产品寿命的效果

韩传怀 李步全

摘要：半轴工业产品的失效多数是疲劳断裂造成的，如果半轴工业产品的某个区域有严重的缺陷或损伤，车轴就容易萌生裂纹，疲劳寿命可能很短。本文首先概述了半轴工业产品的失效特点，分析了半轴中频淬火工艺延长产品寿命的效果，然后提出了相关配套措施。

关键词：中频淬火工艺;半轴工业产品;产品寿命

疲劳是材料在循环载荷作用下发生破坏的现象，无论在静载荷下显示脆性或韧性的材料，在疲劳断裂时，都不会发生明显的宏观塑性变形【1】。由于其发生的突然性，往往导致灾难性的事故。在现代工业发展中，半轴中频淬火工艺已用于各种装备制造工业，其多为一次淬火，可将加热、校正和淬火在一台机床上完成，提高了生产率【2】。本文具体探讨了半轴中频淬火工艺延长疲劳工业产品寿命的价值，现报告如下。

1.半轴工业产品的失效特点分析

疲劳是材料在循环载荷作用下发生破坏的现象，在现代工程的各个方面，大多半轴在循环变化的载荷作用下工作，疲劳破坏是其主要的实效形式【3】。调查显示，各种运动机件的破坏90%是由疲劳引起的，并且引起疲劳失效的循环载荷值往往小于安全载荷值【4】。通过具体分析，半轴工业产品的断裂失效形式包括热切和冷切，热切本质上是由于轴承的工作失效、发热，导致半轴工业产品强度的下降，变形、缩颈、拉长、扭成锥形麻花状而断裂，所以热切的原因与半轴工业产品质量无关【5】。冷切发生的原因及其整个断裂过程都和半轴工业产品本身密切相关，它本质上是半轴工业产品各种质量指标未达到规定的要求，也包括相关的条件超过了规定的允许值，而引发裂纹的萌生、扩展最后导致断裂。这种断裂的机理是半轴工业产品薄弱区域在周期载荷的作用下，疲劳积累损伤达到一定程度后，萌生了疲劳裂纹源，进而裂纹扩展，最后导致断裂。

2.半轴中频淬火工艺延长产品寿命的效果

在淬火工艺中，有学者选择曲轴颈圆角淬火后，疲劳强度比正火的提高一倍。而国外低淬钢及控制淬透性钢已大量应用于汽车、后桥齿轮、挖掘机齿轮、传动十字轴、火车车厢用滚动轴承、汽车板簧和铁路螺旋弹簧等，取得了比较好的效果。当前曲轴轴颈固定加热淬火也得到了部分推广，其能对曲颈进行淬火与回火，与老工艺相比，具有节能、占地面积小、工件变形小和感应加热炉寿命长等优点【6】。

我们通过列车车轴来进行半轴中频淬火工艺的案例分析，车轴承受着车辆全部载荷，并在负重的条件下高速运转，传递较大的扭矩和弯曲交变载荷，半轴工业产品的质量直接关系到行车安全【7】。在本文实验中，淬火的主要目的是使奥氏体化后的工件车轴获得尽量多的马氏体后，再配以不同的温度回火获得各种需要的组织和性能。我们热轧管材沿纵向加工成厚度为24×24mm的条状试样，在不同温度下进行淬火处理。淬火加热温度的选择应以得到细小而成份均匀的奥氏体晶粒为原则，以保证淬火后得到细小的马氏体组织，淬火加热温度主要根据钢的临界点确定。我们选择临界点以上的810℃、830℃、850℃、870℃、890℃温度作为试样的淬火温度。同时综合考虑对小试样选择油淬火，它的主要优点是低温区的速度比水小很多，从而可以大大降低淬火工件的组织应力，减小工件变形和开裂的倾向。

通过分析在相同的保温时间下，850℃前淬火加热温度不足而呈现硬度随加热温度上升而提高的趋势;而在850℃以后，随淬火加热温度上升而淬火硬度降低，这是因其晶粒略为增大，奥氏体化更为稳定的原因造成的。而当淬火温度在810℃和830℃时得到的组织是细小的针条马氏体和分布较为均匀的未溶碳化物，81O℃加热的样品中还有少量铁素体。而在870℃和890℃得到的组织为较多的针状和少许片状马氏体，且略为粗大一些，这样会使钢的脆性增大，且容易增大钢件的变形和开裂倾向。

3.延长半轴产品寿命的其他措施

3.1 提高材质质量

提高半轴工业产品钢的冶金质量，需要有效地避免化学成分超标、偏析;进行表面处理及表面复合处理，特别是针对表面磨损大的地方采取合理的强化措施;选用质量优良的材质，获得优良的综合力学性能。

3.2 降低表面粗糙度

半轴工业产品表面加工后，由于粗糙度的不同，而使疲劳极限有所不同。被机械加工的表面都是由粗糙度和波度构成的连续面，如果有弯曲力的出现特别是应力集中处就会逐渐扩大谷底的V形槽深度和形状，发展下去就是微细裂纹。为此我们需要积极降低表面粗糙度，对半轴工业产品进行良好的养护保养。改善半轴工业产品的使用环境，加强半轴工业产品的探伤监测，以达到半轴工业产品的使用寿命【8】。

总之，为了进一步提高半轴工业产品的使用寿命，我们需要完善半轴中频淬火工艺等相关措施，并用以指导在半轴工业产品的材料生产和加工制造上做好相应的技术准备工作。

参考文献：

[1]王玉林， 温志高， 杜建波，等.水基淬火液用于汽车轮毂轴管零件的淬火冷却[J].热处理，2004，19（3）：18-21.

[2]楚扬，陈锋.低弹高强近β型钛植入材料的组织和性能研究[D].东南大学，2010：34-36.

[3]邹雨合，尹振德.汽车轮毂轴管锻造余热淬火装置的开发与应用[J].热加工工艺，2005， （9）：77-78.

[4]李培跃，熊柏青，张永安，等.7050高强铝合金淬火敏感性及组织特征[J].中国有色金属学报（英文版），2012，2：90-92.

[5]冯鑫涛，张振中.FEROQUENCH2000 水基淬火液在预硬化模块上的应用[J].大型铸锻件，2005， （2）： 9-10.

[6]李必胜.水剂淬火液风冷塔流式冷却装置[J].热加工工艺，2003，（3）：63-65.

[7]Howard RD. M membrane Separation of Polymer Quench ants [J].Metal Heat Treating，2014，（9-10）：22-28.

[8]李慎兰，黄志其，陈维.6351铝合金的淬火敏感性[J].中国有色金属学报（英文版），2013，1（33）：101-103.