一种大模数齿圈单齿背冷感应淬火工艺 技术领域 本发明属于中频感应淬火热处理技术领域， 主要涉及的是一种大模数齿圈单齿背 冷感应淬火工艺。
背景技术 目前， 热处理行业对大模数 (M8 ～ M18) 齿轮 ( 或齿圈 ) 的感应淬火均采用单齿扫 描加热， 然后对加热面直接进行冷却的淬火方法。如图 1-2 所示 ： 机床送电后， 感应加热器 3 开始对工件进行感应加热， 随着感应器的移动， 直冷喷水器 4 开始对加热的工件 1 进行喷 液冷却， 同时， 开启背冷喷水器 3 进行冷却， 主要是为了防止已淬火的齿面因温度过高而发 生退火现象， 直到一个齿淬火结束为止。由于采取这种对加热面进行直接冷却的方法淬火 时， 被加热零件在淬火冷却的过程中， 淬火质量对直冷喷水器喷液的角度、 扫描加热的速度 以及冷却介质的浓度等参数非常敏感， 这些因素给淬火工艺的制定以及操作工的操作带来 非常大的难度， 增加了零件的淬裂倾向。在实际生产中， 常常因为直冷喷水器喷液的角度、 扫描加热的速度以及冷却介质浓度等参数调整不当致使部分齿面或齿根产生淬火裂纹， 最 终导致整个零件报废。
发明内容 本发明的目的是提出一种大模数齿圈单齿背冷感应淬火工艺。 解决了常规直冷淬 火工艺淬裂敏感性大的技术难题， 有效地防止了淬火裂纹的产生。
本发明实现上述目的采取的技术方案是 ： 大模数齿圈单齿背冷感应淬火工艺步骤 包括， ①、 将淬火介质浓度调整到 4％～ 6％ ； ②、 按工艺要求将淬火参数输入控制程序中 ； ③、 调整感应加热器的位置 ： 将感应加热器 (2) 进入工件 (1) 齿内， 使其下端与工件齿部的 下端面对齐， 并调整与齿根的耦合间隙约为 1mm ～ 2mm， 与两齿面的间隙一致， 开启背冷喷 水器 (3) 对加热的工件进行喷液冷却 ； ④、 机床送电， 感应加热器开始对工件进行感应加 热， 淬火温度为 940 ～ 960℃， 感应加热器预热 6 ～ 8 秒后， 以 180mm/min 速度沿工件齿宽 方向移动， 当感应器移动到齿的另一端时， 停止加热， 同时停止感应器移动， 继续冷却 20 ～ 22 秒后， 关闭背冷喷水器， 该齿的淬火过程结束 ； ⑤、 按设定的程序工件沿圆周方向旋转一 个齿的位置， 感应加热器自动对下一个齿进行加热淬火， 按此程序， 直至齿圈上的所有齿完 成加热淬火。
本发明由于改变了感应淬火冷却方式， 即将常规的 “齿面加热后直接喷液冷却” 改 为 “齿面加热后在齿的背面进行喷液冷却” ， 通过采用背冷淬火方式， 降低了齿面淬火时的 冷却速度， 因此， 有效地防止了淬火裂纹的产生。 由于背面进行喷液冷却的冷却速度比直接 喷液冷却慢， 如果按照常规的淬火工艺参数进行淬火， 淬火质量难以达到技术要求， 因此， 发明人在经过大量的淬火工艺试验的基础上， 最终确定了适合背冷淬火方式的理想工艺参 数 ( 加热温度、 介质浓度和感应器移动速度等 )， 使零件淬火后的质量达到了盾构轴承非常 高的技术要求， 解决了常规直冷淬火工艺淬裂敏感性大的技术难题。有效地避免了淬火裂
纹的产生， 同时， 使感应淬火的其他工艺参数也有了很大的可调整空间， 如加热温度可以提 高、 介质浓度可以降低等， 给工艺人员和操作人员带来了很大操作范围。
本发明通过对模数 M18 的齿圈分别采用常规的 “单齿加热直冷淬火的方法” 和通 过试验得到的理想 “单齿加热背冷淬火的方法” 进行了中频感应淬火对比试验， 其工艺参数 见表 1， 淬火后硬化层深度检测结果见表 2， 淬硬层形状分布见图 5 和图 6。
表 1 对比试验工艺参数
表 2 齿淬火后硬化层深度、 表面硬度测量值从表 2 中的检验结果可以看出， 直冷 (A6-2) 和背冷 (BL-2) 两种冷却方法淬火 后的硬化层深度、 表面硬度均超过了设计要求 ( 设计要求硬化层深度 2.5mm、 表面硬度 ≥ 53HRC)。 由于背冷的冷却速度比直冷慢， 因此， 淬火质量 ( 主要是淬火裂纹 ) 对加热温度、 介质浓度和感应器移动速度等参数的敏感性小， 可调节的范围宽， 因此， 背冷淬火与直冷淬 火方式相比， 可有效地防止淬火裂纹的产生。
附图说明
图 1 为本发明现有单齿淬火直冷感应器工作示意图。
图 2 为图 1 侧视图。图 3 为本发明单齿淬火背冷感应器工作示意图。 图 4 为图 3 侧视图。 图 5 为本发明 A6-2# 工艺硬化层分布。 图 6 为本发明 BL-2# 工艺硬化层分布。 图中 ： 1、 工件， 2、 感应加热器， 3、 背冷喷水器， 4、 直冷喷水器。具体实施方式
结合附图， 给出本发明的实施例， 但本发明不局限以下实施例。
如图 3-4 所示， 本发明的实施例为 M18 的齿背冷淬火过程如下 ：
1、 将淬火介质浓度调整到 4％～ 6％， 由于背冷的冷却速度慢， 淬火介质浓度越低 则冷却速度越快， 所以只有降低淬火介质浓度以提高冷速才能达到淬火的目的。但是淬火 介质浓度低于 4％会使淬火应力增大， 从而增加齿的变形， 而淬火介质浓度高于 6％会使表 面硬度低， 而硬化层深度也会浅， 因此， 在反复试验的基础上， 确定淬火介质浓度为 4％～ 6％。
2、 按工艺要求将淬火参数， 如感应器移动速度、 停电后冷却时间等参数输入控制 程序中 ；
3、 调整感应加热器的位置 ： 感应加热器 2 进入工件 1 齿内， 将其下端与工件齿部的 下端面对齐， 并调整与齿根的耦合间隙约为 1mm ～ 2mm 之间调整， 小于 1mm 容易与工件打火 击伤， 大于 2mm 不容易加热， 并使感应加热器 2 与相邻的两齿面的间隙一致， 然后开启背冷 喷水器 3 对加热的工件进行喷液冷却 ；
4、 机床送电， 感应加热器开始对工件进行感应加热， 其淬火温度为 940 ～ 960℃， 由于背冷方式加热后的预冷时间长， 必须提高加热温度， 才能使冷却时工件温度不至于过 低而影响齿淬火硬度， 但加热温度太高， 会增加齿的变形。
5、 感应预热 6 ～ 8 秒， 目的是为了增加齿端面处的淬火硬化层深度， 预热时间低于 6 秒会使硬化层浅， 大于 8 秒容易过热， 使组织粗大， 特别容易产生淬火裂纹。 然后以 180mm/ min 速度沿工件齿宽方向移动， 当感应器移动到齿的另一端时， 停止加热， 同时停止感应器 移动， 冷却 20 ～ 22 秒后关闭背冷喷水器， 该齿的淬火过程结束。 由于直冷的冷速快， 因此很 短的时间就可以将热量带走， 在大量试验中发现， 冷却时间大于 22 秒时， 一旦组织转变完 成长时间的冷却只会影响生产效率 ； 而冷却时间小于 20 秒， 温度降不下来， 一旦停止冷却， 内部的热量会将淬硬的部分进行退火而使硬度低。因此最佳冷却时间为 20 ～ 22 秒。
6、 按设定的程序退出感应加热器， 工件沿圆周方向旋转一个齿的位置， 感应加热 器自动对下一个齿进行加热淬火， 按此程序， 直至齿圈上的所有齿完成加热淬火。