在現(xiàn)行的工程應(yīng)用中，齒輪感應(yīng)淬火表面強(qiáng)化工藝受到了滲碳工藝的挑戰(zhàn)，一方面是強(qiáng)度問題，另一方面還有工藝問題。

感應(yīng)淬火存在的強(qiáng)度和工藝問題

（1）硬化層與心部的過渡區(qū)薄弱，圖1所示為冷軋輥經(jīng)感應(yīng)淬火的殘余應(yīng)力分布，從圖看到，在過渡區(qū)存在很大的拉應(yīng)力。

圖1 冷軋工作輥切向殘余應(yīng)力分布

（2）由于感應(yīng)加熱所存在的固有特性，工件淬火后在硬化層與調(diào)質(zhì)基體之間往往會(huì)產(chǎn)生一個(gè)遭到高溫過度回火的軟帶，如圖2所示。

圖2 硬化層與基體之間的過度回火軟帶

（3）單齒沿齒溝感應(yīng)淬火的淬裂傾向，從齒輪接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度來說，都要求采用沿齒溝感應(yīng)淬火（見表3）。

表3 不同硬化層分布齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度

注：～%指按ISO標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度極限圖推薦值的百分?jǐn)?shù)。

但沿齒溝感應(yīng)淬火存在一大工藝問題就是齒根淬火開裂。經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬和齒溝X-射線應(yīng)力測(cè)試表明，齒根的確存在不利的殘余拉應(yīng)力。

（4）鋼材含碳量限制 中碳合金鋼齒輪硬度一般只能達(dá)到45～55HRC，要進(jìn)一步提高硬度水平，必須提高鋼材的含碳量，但是隨著鋼材含碳量的提高，齒輪的淬裂傾向隨之增大。

改善熱處理工藝，提高強(qiáng)度性能

只有克服了以上所述的各種問題，才能促使高效節(jié)能的感應(yīng)淬火工藝在齒輪生產(chǎn)中的應(yīng)用。

（1）沿齒廓“一發(fā)法”加熱淬火

欲改善硬化層和殘余應(yīng)力的分布，沿齒廓同時(shí)感應(yīng)加熱淬火是最佳工藝。按美國的工業(yè)應(yīng)用推薦：模數(shù)小于8mm，直徑小于600mm的齒輪一般采用“一發(fā)法”淬火（Single shoting），而對(duì)于模數(shù)大于8mm，直徑大于600mm的齒輪則采用單齒逐齒加熱淬火。

雙頻感應(yīng)加熱淬火原理見圖3，效果見表4。

（a）低頻加熱 （b）熱擴(kuò)散 （c）高頻加熱

圖3 雙頻感應(yīng)加熱原理（x.齒部，y.預(yù)熱區(qū)，z.芯部冷態(tài)）

表4 齒輪淬硬層深度及表面硬度

（溫馨提示：點(diǎn)擊放大查看數(shù)據(jù)）

由于齒根熱應(yīng)力的改善從而減小了淬裂傾向，同時(shí)，還為提高淬火齒輪鋼材的含碳量提供了可能性。

發(fā)展雙頻淬火工藝，需要開發(fā)展大功率晶體管固態(tài)電源，因?yàn)殡p頻整體加熱淬火所需一次功率較高，如一Ф132mm、模數(shù)3mm的齒輪，其加熱電源分別為100kW/3kHz和600kW/150kHz。從可靠性和效率考慮，應(yīng)當(dāng)開發(fā)大功率的IGBT晶體管來支持齒輪雙頻淬火工藝的發(fā)展。

重新啟動(dòng)低淬透性感應(yīng)加熱淬火，60T、70T低淬透性鋼既具有較高的含碳量，又沒有高的淬裂傾向。過去因?yàn)槭艿戒摬囊苯鹳|(zhì)量的限制，現(xiàn)在已經(jīng)不是問題了，應(yīng)當(dāng)重啟這種鋼材的應(yīng)用。

（2）單齒沿齒廓加熱淬火

從工藝的角度：

①降低齒根淬火拉應(yīng)力，改善不良原始組織，可降低加熱溫度和減緩冷卻，從而降低齒根殘余拉應(yīng)力；改善齒根幾何形狀、加大齒根圓角半徑可以改善齒根應(yīng)力狀態(tài)；合理選用冷卻介質(zhì)和冷卻方法是防止淬火開裂的關(guān)鍵。

②提高感應(yīng)淬火機(jī)床功能和控制水平，單齒沿齒廓加熱淬火對(duì)感應(yīng)器與輪齒間側(cè)隙很敏感，所以最好采用滾珠絲桿+步進(jìn)（或伺服）電機(jī)傳動(dòng)代替原來的液壓傳動(dòng)是推薦的方案；同時(shí)，采用計(jì)算機(jī)對(duì)相對(duì)位置、移動(dòng)速度、加熱功率、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間、冷卻介質(zhì)壓力及流量等參數(shù)進(jìn)行控制，從而達(dá)到淬火質(zhì)量的有效控制。

從強(qiáng)度的角度，保證足夠的硬化層深度：從圖4的滲碳淬火和感應(yīng)淬火的硬度分布曲線看到，感應(yīng)淬火硬化層深度需要比滲碳淬火更深才能保證過渡區(qū)的安全。

圖4 感應(yīng)淬火和滲碳淬火硬度分布曲線