论文部分内容阅读
[摘 要]多数的零件在加工生产过程中都需要进行深入的处理，确保其在硬度、精度等方面满足要求。文章主要针对当前铁基粉末冶金齿轮件感应热处理的方法，针对设备的选择进行了分析，同时还论述了淬火或回火参数对粉末冶金齿轮产品质量带来的影响。
[关键词]铁基粉末冶金齿轮件 热处理 感应热处理 频率 感应器 回火 参数
中图分类号：TG162.73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0093-01
为了能够更有利的保证铁剂粉末冶金零件生产出来后的硬度、强度及耐磨度，需要在生产过程中对其进行相应的热处理。而选择的热处理方法是否合理将关系到零件的最终质量。为了能够提升铁基粉末冶金齿轮件的承载能力及使用寿命，确保7级左右齿轮的精度，那么选择感应热处理最为合适。感应热处理因其变形小、效率高、成本低、不易氧化与脱碳、淬硬层易于控制、表面硬度高、内部柔韧性好等优点在工业生产中得到了很大的发展。尤其在国防与汽车工业中，据统计，感应热处理件占到总热处理件的60%左右。由于我国汽车工业的快速发展，目前有不少粉末冶金件需要进行感应热处理。
在进行感应热处理过程中会受到来自多个方面因素的影响，所以在实施过程中需要着重关注以下几方面问题：其一，需要结合齿轮模数进行淬火设备频率的选择；其二，要根据齿轮模数选择适用性强的比功率；其三，根据所设计的图纸要求选择合理的感应器；其四，确保所选择的淬火及淬火液适用于零件本身；其五，选择合理的淬火参数；最后，选择合理的回火参数。本文所选择的是高频淬火热处理的汽车与摩托车用粉末冶金零件作为研究对象。
1. 感应热处理设备的选择
1.1 频率的选择。目前，我国有不少生产厂家依然沿用传统的处理方式对钢铁材质齿轮零件进行感应热处理，在这个过程中需要根据有关热处理资料推荐的形式进行频率的选择，如公式（1），随着社会的不断发展，当前有多数人认为中小模数的齿轮在同时进行淬火加热或全齿连续淬火加热时，应根据公式（2）更为合适。
式中：f为齿轮淬火的最佳频率，kHz；k为系数，钢铁齿轮一般取0.6～2.0；m为齿轮的模数，mm。
1.2 比功率的选择。在感应热处理过程中有一个非常重要的组成部分，同时也是感应加热淬火中一个重要的参数，那就是比功率，其大小对产品的淬火质量及硬化层深度有非常大的影响，一旦选择过程中存在误差将带去很严重的后果。GP200大功率感应热处理机床用来生产其他大表面积从动齿轮是比较理想的设备。
1.3 感应器的选择。产品在实际生产过程中如果不能确保感应器设计的合理性，那么产品的淬硬层深度及硬度分布都会受到一定的影响，而且还会增加生产工程中的能量消耗量，阻碍生产整体效率。通常选择感应器时应采用截面为矩形的方紫铜管最为合适。
2、淬火参数对粉末冶金齿轮件产品的质量影响
2.1 淬火方式与淬火液的选择
通常，铁基粉末冶金零件在生产过程中基本上是在淬火的同时加热，不会使用连续淬火，这是由于该零件的厚度比较大，采取同时加热淬火的方法不仅在操作上有一定的便捷度，操控起来十分方便，还能够实现自回火，有很大的优势。粉末冶金件淬火液一般不能直接选用自来水，因为水的冷却速率太快，导致齿裂的比例太大；而使用油淬污染较重，费用也较高。选用聚乙烯醇水溶液作为淬火液，冬季采用5.0%～6.0%质量分数的溶液，夏季采用2.5%～3.5%质量分数的溶液。
2.2 淬火参数的选择
在进行零件参数选择过程中需要实时掌握感应加热及冷却需要的时间，只有将时间控制在标准范围内才能够对加热温度合理的控制，时间过长或过短都会导致产品存在缺陷，易出现产品硬度不达标，出现较粗大马氏体组织，导致齿轮强度降低。根据比功率决定淬火时间，比功率大，淬火时间缩短；反之，比功率小就要延长淬火时间。
对生产所需设备的参数进行调节过程中，值得注意的问题是要将反馈首轮放置于中间位置处。之后再对样机电压进行调升，记住要从半压逐步上升随着阳极电压的升高，促进阳流与栅流的上升；此外，在反馈加大时，栅流上升变大，相对的阳流上升变小，区只不过阳极电流与栅极电流的比值是最重要的选择。
3、回火参数对粉末冶金齿轮件产品质量的影响
3.1 低温自回火
通常在加热淬火后需要很短的时间进行自回火，这一过程中自回火的温度肯定要高于炉中回火的温度，温差大概在100度左右。而机械自动上下料操纵自回火的温度需要控制在200-300度之间；如果采取手动操作，控制温度上就有一定的难度，一般情况是淬火冷却到100～150 oC时，将料取下来放置在一起，最后再统一放入电炉中进行再次回火。将同一批料中有低温自回火料与没有低温自回火料做强度试验，可以看出，有低温自回火料明显比没有低温自回火料的断齿力要高2.100 kN以上。经金相检测证明，有低温自回火料中的碳化物能更均匀地分布在马氏体条上。
3.2 电炉回火
一般处于正常状态下的粉末冶金齿轮零件的回火温度需要控制在170-180摄氏度之间，可是由于所使用的原料粉末存在差异，回火后的性能也存在不同，即便是同一个生产商在运用不同类型分模式，在生产条件完全相同的情况下，齿轮的性能也不完全相同。这主要是粉末中的一些极微量的强碳化物形成元素，在回火时阻碍碳的扩散，从而使马氏体分解速度减慢，使过饱和碳完全脱溶的温度提高所致，而提高回火温度是解决这一问题的最有效的方法。隨着回火温度的提高，断齿力也随之提高；在200℃进行回火，即保证了齿轮的硬度与强度，外观也比较美观。断齿力随着回火时间的延长而提高，当应力释放完后再延长回火时间，强度不会继续提高。
4 结束语
总而言之，想要保证感应热处理能够在正常的状态下完成，且能够确保生产零件的质量，值得注意的问题有很多，具体总结为以下几点：（1）确保了所选择的淬火频率合理性，才能够保证铁基粉末冶金齿轮件的淬火效果理想；（2）铁基粉末冶金齿轮要保证感应热处理质量，必须选择合适的比功率。（3）淬火感应器的高度及与工件间的间隙要根据齿轮的模数与齿向、硬度分布图进行选择。（4）铁基粉末冶金齿轮高频淬火设备中的阳流与栅流之比选在4.5～5.5比较理想。（5）经感应热处理后的粉末冶金齿轮件采用低温自回火+电炉回火能保证产品的综合力学性能，其中电炉回火温度以200℃最佳。
参考文献：
[1]张传旭.高频感应加热设备的选用与热处理工艺的制订[J].热处理，2007，22（3）：54—58.
[2]门强.浅谈感应加热淬火工艺规范及质量控制[J]机械管理开发.2006（2）：72-73.
[关键词]铁基粉末冶金齿轮件 热处理 感应热处理 频率 感应器 回火 参数
中图分类号：TG162.73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0093-01
为了能够更有利的保证铁剂粉末冶金零件生产出来后的硬度、强度及耐磨度，需要在生产过程中对其进行相应的热处理。而选择的热处理方法是否合理将关系到零件的最终质量。为了能够提升铁基粉末冶金齿轮件的承载能力及使用寿命，确保7级左右齿轮的精度，那么选择感应热处理最为合适。感应热处理因其变形小、效率高、成本低、不易氧化与脱碳、淬硬层易于控制、表面硬度高、内部柔韧性好等优点在工业生产中得到了很大的发展。尤其在国防与汽车工业中，据统计，感应热处理件占到总热处理件的60%左右。由于我国汽车工业的快速发展，目前有不少粉末冶金件需要进行感应热处理。
在进行感应热处理过程中会受到来自多个方面因素的影响，所以在实施过程中需要着重关注以下几方面问题：其一，需要结合齿轮模数进行淬火设备频率的选择；其二，要根据齿轮模数选择适用性强的比功率；其三，根据所设计的图纸要求选择合理的感应器；其四，确保所选择的淬火及淬火液适用于零件本身；其五，选择合理的淬火参数；最后，选择合理的回火参数。本文所选择的是高频淬火热处理的汽车与摩托车用粉末冶金零件作为研究对象。
1. 感应热处理设备的选择
1.1 频率的选择。目前，我国有不少生产厂家依然沿用传统的处理方式对钢铁材质齿轮零件进行感应热处理，在这个过程中需要根据有关热处理资料推荐的形式进行频率的选择，如公式（1），随着社会的不断发展，当前有多数人认为中小模数的齿轮在同时进行淬火加热或全齿连续淬火加热时，应根据公式（2）更为合适。
式中：f为齿轮淬火的最佳频率，kHz；k为系数，钢铁齿轮一般取0.6～2.0；m为齿轮的模数，mm。
1.2 比功率的选择。在感应热处理过程中有一个非常重要的组成部分，同时也是感应加热淬火中一个重要的参数，那就是比功率，其大小对产品的淬火质量及硬化层深度有非常大的影响，一旦选择过程中存在误差将带去很严重的后果。GP200大功率感应热处理机床用来生产其他大表面积从动齿轮是比较理想的设备。
1.3 感应器的选择。产品在实际生产过程中如果不能确保感应器设计的合理性，那么产品的淬硬层深度及硬度分布都会受到一定的影响，而且还会增加生产工程中的能量消耗量，阻碍生产整体效率。通常选择感应器时应采用截面为矩形的方紫铜管最为合适。
2、淬火参数对粉末冶金齿轮件产品的质量影响
2.1 淬火方式与淬火液的选择
通常，铁基粉末冶金零件在生产过程中基本上是在淬火的同时加热，不会使用连续淬火，这是由于该零件的厚度比较大，采取同时加热淬火的方法不仅在操作上有一定的便捷度，操控起来十分方便，还能够实现自回火，有很大的优势。粉末冶金件淬火液一般不能直接选用自来水，因为水的冷却速率太快，导致齿裂的比例太大；而使用油淬污染较重，费用也较高。选用聚乙烯醇水溶液作为淬火液，冬季采用5.0%～6.0%质量分数的溶液，夏季采用2.5%～3.5%质量分数的溶液。
2.2 淬火参数的选择
在进行零件参数选择过程中需要实时掌握感应加热及冷却需要的时间，只有将时间控制在标准范围内才能够对加热温度合理的控制，时间过长或过短都会导致产品存在缺陷，易出现产品硬度不达标，出现较粗大马氏体组织，导致齿轮强度降低。根据比功率决定淬火时间，比功率大，淬火时间缩短；反之，比功率小就要延长淬火时间。
对生产所需设备的参数进行调节过程中，值得注意的问题是要将反馈首轮放置于中间位置处。之后再对样机电压进行调升，记住要从半压逐步上升随着阳极电压的升高，促进阳流与栅流的上升；此外，在反馈加大时，栅流上升变大，相对的阳流上升变小，区只不过阳极电流与栅极电流的比值是最重要的选择。
3、回火参数对粉末冶金齿轮件产品质量的影响
3.1 低温自回火
通常在加热淬火后需要很短的时间进行自回火，这一过程中自回火的温度肯定要高于炉中回火的温度，温差大概在100度左右。而机械自动上下料操纵自回火的温度需要控制在200-300度之间；如果采取手动操作，控制温度上就有一定的难度，一般情况是淬火冷却到100～150 oC时，将料取下来放置在一起，最后再统一放入电炉中进行再次回火。将同一批料中有低温自回火料与没有低温自回火料做强度试验，可以看出，有低温自回火料明显比没有低温自回火料的断齿力要高2.100 kN以上。经金相检测证明，有低温自回火料中的碳化物能更均匀地分布在马氏体条上。
3.2 电炉回火
一般处于正常状态下的粉末冶金齿轮零件的回火温度需要控制在170-180摄氏度之间，可是由于所使用的原料粉末存在差异，回火后的性能也存在不同，即便是同一个生产商在运用不同类型分模式，在生产条件完全相同的情况下，齿轮的性能也不完全相同。这主要是粉末中的一些极微量的强碳化物形成元素，在回火时阻碍碳的扩散，从而使马氏体分解速度减慢，使过饱和碳完全脱溶的温度提高所致，而提高回火温度是解决这一问题的最有效的方法。隨着回火温度的提高，断齿力也随之提高；在200℃进行回火，即保证了齿轮的硬度与强度，外观也比较美观。断齿力随着回火时间的延长而提高，当应力释放完后再延长回火时间，强度不会继续提高。
4 结束语
总而言之，想要保证感应热处理能够在正常的状态下完成，且能够确保生产零件的质量，值得注意的问题有很多，具体总结为以下几点：（1）确保了所选择的淬火频率合理性，才能够保证铁基粉末冶金齿轮件的淬火效果理想；（2）铁基粉末冶金齿轮要保证感应热处理质量，必须选择合适的比功率。（3）淬火感应器的高度及与工件间的间隙要根据齿轮的模数与齿向、硬度分布图进行选择。（4）铁基粉末冶金齿轮高频淬火设备中的阳流与栅流之比选在4.5～5.5比较理想。（5）经感应热处理后的粉末冶金齿轮件采用低温自回火+电炉回火能保证产品的综合力学性能，其中电炉回火温度以200℃最佳。
参考文献：
[1]张传旭.高频感应加热设备的选用与热处理工艺的制订[J].热处理，2007，22（3）：54—58.
[2]门强.浅谈感应加热淬火工艺规范及质量控制[J]机械管理开发.2006（2）：72-73.