CN101379203B - 感应淬火方法 - Google Patents

Abstract

在铁基合金长工件(LW)在旋转的卡盘(14a，14b)的作用下以给定转速旋转的同时通过高频加热线圈(16)对该长工件进行加热，由此实现加热步骤。在终止加热之后的第一冷却步骤中，在使长工件(LW)的转速增加的同时使该长工件与第一至第四校正辊(24a至24d)进行接触，并且在该状态下进行冷却使其下降到Pf温度以下至Ms温度以上的温度范围内。该冷却所花费的时间优选在5至10秒的范围内。在随后的第二冷却步骤中，将长工件(LW)的转速降低至优选等于加热时的转速，并继续冷却长工件(LW)。

Description

感应淬火方法

技术领域

本发明涉及一种感应淬火方法，更具体地说，涉及一种用于沿着轴线延伸的铁基合金长工件的感应淬火方法。

背景技术

用于诸如车辆发动机驱动轴之类的杆状长工件的感应淬火处理方法包括同时对整个长工件进行淬火的单次淬火方法以及移动淬火方法，移动淬火方法包括将高频加热线圈放置在长工件的一部分周围，并沿着轴向输送该长工件以顺序加热该长工件的各部分。在该淬火方法中，长工件被高频加热线圈加热，然后被冷却液冷却。

在单次淬火方法中，长工件被在两端夹紧并强制旋转(例如，参见专利文献1)。长工件在该状态下被加热，然后在旋转的同时被冷却，从而被淬火。在长工件附近放置校正辊。当长工件在冷却中变形时，使被旋转的长工件的变形部与该校正辊进行接触以对变形进行校正。

专利文献1：日本专利特开平4-141523号公报。

发明内容

然而，仅通过该校正辊不能充分地消除变形，并且通常在淬火处理之后进行冷变形消除工序。长工件经常由于该变形消除工序而出现裂纹，从而为了检测该裂纹而进行磁力探伤。因而增加了工序数量，从而显然难以提高长工件的生产效率。

本发明的总体目的是提供一种能够防止长工件变形的感应淬火方法。

本发明的主要目的是提供一种不需要变形消除及磁力探伤工序的感应淬火方法。

本发明的另一目的是提供一种能够生产在整个工件上金属结构近似均匀的长工件的感应淬火方法。

本发明的又一目的是提供这样一种简单的感应淬火方法，使得即使校正辊由于某些原因而被保持时也可以校正长工件的变形。

本发明的还一目的是提供一种提高长工件生产效率的感应淬火方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于对含有铁基合金的长工件进行淬火的感应淬火方法，其中所述长工件在旋转的同时通过高频感应加热而被加热，并且当所述长工件在淬火中变形时，使校正辊与所述长工件接触以对该变形进行校正，

所述感应淬火方法包括：

加热步骤，该加热步骤在使所述长工件以第一转速旋转的同时通过所述高频感应加热将所述长工件加热至第一温度范围，在该第一温度范围内形成奥氏体；

第一冷却步骤，该第一冷却步骤在使所述长工件以比所述第一转速高的第二转速旋转的同时将所述长工件冷却到第二温度范围，该第二温度范围高于马氏体开始温度且至多为珠光体结束温度；以及

第二冷却步骤，该第二冷却步骤在使具有所述第二温度范围内的温度的所述长工件以低于所述第二转速的第三转速旋转的同时将所述长工件进一步冷却。

作为长工件的材料的铁基合金在低于珠光体结束温度(Pf)的温度时具有能够容易地消除变形的结构。因而，当长工件在加热步骤之后以最大转速旋转的冷却步骤中变形时，通过使该长工件与校正辊进行接触能够有效地消除该变形。这是因为所述校正辊和所述长工件可以以高的接触频率进行接触。

因而，在本发明中，在第二冷却步骤之后获得的长工件中几乎不会存在变形。因此，可以省去冷变形消除工序，并且也可以自然地省去用于检测长工件中由于冷变形消除工序而引起的裂纹的磁力探伤。通过省去这些工序而能够提高长工件生产效率。

此外，所得到的长工件在整个长工件上具有近似均一的金属结构和特性。

所述第一冷却步骤以最大转速进行，直到所述长工件被冷却到预定温度范围(第二温度范围)。具体地说，该第二温度范围是高于马氏体开始温度(Ms温度)而至多为Pf温度的范围。特别优选的是在第一冷却步骤中将所述长工件冷却到恰好高于Ms温度的温度。

当所述校正辊的转速变化时，实际上是该转速由于惯性而逐渐增加或降低。因而，该转速在紧接着第一冷却步骤开始之后处于增加过程中，而该转速在紧接着第二冷却步骤开始之后处于降低过程中。

优选的是至少一个校正辊可独立于其他校正辊自由旋转。在这种情况下，即使其他校正辊由于某些原因而被固定时也可以通过简单的结构对变形进行校正。

在第一冷却步骤中，根据长工件的尺寸、重量及硬度选择冷却时间。例如，在长工件具有圆柱形形状的情况下，随着直径的增加，冷却时间延长。

加热步骤和第二冷却步骤中的转速(即第一转速和第二转速)可以相等。

附图说明

图1是表示用于根据本发明的一个实施方式感应淬火方法的淬火设备的侧视图；

图2是沿着图1的线II-II的剖面图；

图3是表示图1的淬火设备的主要部件的俯视图；

图4是S40CM材料的CCT曲线；以及

图5是表示在该感应淬火方法的各步骤中转速的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的感应淬火方法的优选实施方式。

该实施方式的感应淬火方法包含加热步骤、第一冷却步骤和第二冷却步骤。因而，长工件在该加热步骤中被加热，在第一冷却步骤及随后的第二冷却步骤中被冷却。

图1是用于执行加热步骤、第一冷却步骤和第二冷却步骤的淬火设备10的侧视图，图2是沿着图1的线II-II的剖面图，而图3是主要部件的俯视图。该淬火设备10具有校正机构12、用于形成夹紧机构的可旋转卡盘14a、14b、高频加热线圈16以及可移动冷却套(未示出)。

校正机构12具有基座18和形成在该基座18上的第一至第四轴承20a至20d。第一旋转轴22a由第一和第二轴承20a和20b支承，而第二旋转轴22b由第三和第四轴承20c和20d支承。当然，第一和第二旋转轴22a和22b可独立地旋转。

如图1所示，第一和第二校正辊24a和24b定位并固定在第一旋转轴22a上，第三和第四校正辊24c和24d定位并固定在第二旋转轴22b上，从而第三和第四校正辊24c和24d不与第一和第二校正辊24a和24b相干涉。第一至第四校正辊24a至24b的周壁定位在距离长工件LW的周壁预定距离处。

夹紧机构的可旋转卡盘14a、14b可以靠近和远离长工件LW的端部运动，换句话说就是能够打开和关闭。当可旋转卡盘14a、14b关闭时，长工件LW的端部被可旋转卡盘14a、14b挤压，由此将长工件LW夹紧。

可旋转卡盘14a、14b可以在旋转控制电机(未示出)的作用下以受控转速旋转。该转速可以通过改变旋转控制电机的旋转力来控制。

高频加热线圈16包括：弓形部26a、26b，这些弓形部26a、26b位于长工件LW的端部附近，并沿着长工件LW的上半部分弯曲；以及笔直部28a、28b，这些笔直部28a、28b形成为用于连接弓形部26a、26b的端部。另外，在弓形部26a、26b上分别布置有臂30a、30b，各臂30a、30b的一端由升降机构(未示出)支承。当臂30a、30b通过该升降机构而向下或向上运动时，使高频加热线圈16靠近长工件LW运动以包围上半部分或者远离该上半部分运动。

并不特别限制于长工件LW，只要高度(沿着轴向的长度)等于或大于底部直径、宽度和深度即可。长工件LW的优选实施例包括驱动轴。

按照如下执行该实施方式的感应淬火方法。

首先，使可旋转卡盘14a、14b靠近诸如驱动轴的长工件LW的端部以将其夹紧。然后，通过升降机构使高频加热线圈16的臂30a、30b向下运动，并最终如图2所示使长工件LW的上半部分被高频加热线圈16包围。

通过旋转控制电机使可旋转卡盘14a、14b旋转，因而使长工件LW旋转。例如，转速可以为100至200rpm。

在该状态下，向高频加热线圈16通电以开始加热步骤，使得长工件LW通过电磁感应加热而被加热到大约900℃至950℃。因而，开始感应淬火处理的加热步骤。在电磁感应加热时，在由铁基合金构成的长工件LW的金属结构中发生奥氏体转变。

在预定时间之后，停止向高频加热线圈16通电，将加热套从长工件LW移开，并提高可旋转卡盘14a、14b的转速。例如，可以将可旋转卡盘14a、14b的转速最终提高到240至300rpm。

在将加热套从长工件LW移开之后立即用可移动冷却套包围长工件LW。

该可移动冷却套具有半圆筒形状，并在包围长工件LW的上半部分的一部分的同时沿着长工件LW的纵向运动。在该可移动冷却套的内周壁上布置有用于在长工件LW上喷射冷却液的喷射器。

因而，长工件LW被从可移动冷却套的内周壁喷出的冷却液冷却，从而开始第一冷却步骤。使可移动冷却套沿着长工件LW的纵向运动，由此使整个长工件LW得以冷却。

在该冷却步骤中，在长工件LW(铁基合金)的金属结构中形成铁素体或珠光体。长工件LW的金属结构由于铁素体和珠光体的形成而发生改变，并且长工件LW的一部分在该长工件LW被冷却到珠光体形成结束的珠光体结束温度(Pf温度)之前可能会膨胀而产生变形。在这种情况下，使变形部分以每分钟0.83至5次的速率与第一至第四校正辊24a至24d中的一个接触，从而对长工件LW的变形进行校正。当然在该校正过程中继续从可移动冷却套喷射冷却液。

在奥氏体形成温度与Pf温度之间的温度范围内，长工件LW具有可以容易地消除变形的结构。因此，在第一冷却步骤中，通过使长工件LW与第一至第四校正辊24a至24d进行接触同时使长工件LW以最大转速旋转，可以有效地消除长工件LW的变形。

在该实施方式中，长工件LW在第一冷却步骤中的转速比在高频加热步骤中的转速高，从而第一至第四校正辊24a至24d和长工件LW能以较高的接触频率进行接触。结果，改善了长工件LW的变形校正效果。

另外，在该实施方式中，所得到的长工件LW在整个工件中具有近似均匀的金属结构，从而具有均一特性。

保持可旋转卡盘14a、14b的上述转速(即继续第一冷却步骤)直到工件LW被冷却到预定温度范围，具体地说是冷却到Pf温度以下，在该预定温度范围内长工件LW很难产生大变形。当长工件LW在第一冷却步骤中被冷却到低于马氏体开始温度(Ms温度)的温度时，由于形成的马氏体而可能会导致所谓的淬火裂纹。考虑到该问题，在第一冷却步骤中将长工件LW冷却到比Ms温度高的温度。

简言之，在第一冷却步骤结束时，长工件LW的温度小于等于Pf温度而高于Ms温度。优选的是长工件LW在第一冷却步骤中被冷却到正好高于Ms温度的温度。在这种情况下，提高了长工件LW的尺寸精度。

Pf温度和Ms温度在第一冷却步骤之前根据连续的冷却转变曲线(CCT曲线)获得。例如，在使用S40CM作为长工件LW的材料的情况下，可以根据图4所示的CCT曲线获得其Pf温度和Ms温度。在图4中，Fs表示开始铁素体形成的铁素体开始温度，而Ps表示开始珠光体形成的珠光体开始温度。

在第一冷却步骤中，当冷却时间过短时，长工件LW仍具有较高温度，从而恢复到被加热状态，结果硬度降低。另一方面，当冷却时间过长时，降低了处理效率。因而，在第一冷却步骤中，将冷却时间控制成使得长工件LW的硬度不降低并且处理效率也不降低。

该冷却时间根据长工件LW的直径、重量和硬度来选择。因而，不是根据一个因素来确定冷却时间。例如，当长工件LW由S40CM构成并具有直径大约为20cm的圆柱形时，该冷却时间可以为10至20秒。

在第一冷却步骤之后，在第二冷却步骤中通过从可移动冷却套喷洒冷却液同时降低可旋转卡盘14a、14b(以及长工件LW)的转速而进一步冷却长工件LW。在该第二冷却步骤中，可以停止冷却液的喷洒，并且冷却液的温度可以比第一冷却步骤中的低。

例如，第二冷却步骤中的转速可以等于加热步骤中的转速。因而，在加热步骤和第二冷却步骤中该转速例如可以是100或150rpm。优选的是，在加热步骤和第二冷却步骤中该转速为180rpm。在这种情况下，可以防止长工件LW由于马氏体转变而变形。

在预定冷却时间之后，结束全部感应淬火处理。图5中示出了在上述步骤中时间与转速之间的关系。在图5的实施例中，在加热步骤和第二冷却步骤中转速为180rpm，而在第一冷却步骤中为250rpm。

所得到的长工件LW变形很小或不变形，从而不必进行用于去除变形的冷变形消除工序。而且自然不需要用于检测由于冷变形消除工序引起的长工件LW中的裂纹的磁力探伤工序。因而，提高了长工件LW的处理效率以及长工件LW的生产效率。

尽管在上述实施方式中使用了S40CM材料，但是长工件LW的材料并不受具体限制，只要其是铁基合金即可。除了S40CM之外的材料的Pf和Ms温度等可以利用相应的CCT曲线获得。

另外，长工件LW的形状并不限于上述具有球形底面的圆柱形状。长工件LW可以为具有多边形底面的多边形柱体形状。底面可以具有不同的形状。

Claims (4)

1. 一种用于对含有铁基合金的长工件(LW)进行淬火的感应淬火方法，其中所述长工件(LW)在旋转的同时通过高频感应加热而被加热，并且当所述长工件(LW)在淬火中变形时，使校正辊(24a至24d)与所述长工件(LW)接触以对该变形进行校正，

所述方法包括：

加热步骤，该加热步骤在使所述长工件(LW)以第一转速旋转的同时通过所述高频感应加热将所述长工件(LW)加热至第一温度范围，在该第一温度范围内形成奥氏体；

第一冷却步骤，该第一冷却步骤在使所述长工件(LW)以比所述第一转速高的第二转速旋转的同时将所述长工件(LW)冷却到第二温度范围，该第二温度范围高于马氏体开始温度且至多为珠光体结束温度；以及

第二冷却步骤，该第二冷却步骤在使具有所述第二温度范围内的温度的所述长工件(LW)以低于所述第二转速的第三转速旋转的同时将所述长工件(LW)进一步冷却。

2. 根据权利要求1所述的感应淬火方法，其中，所述第一转速等于所述第三转速。

3. 根据权利要求1所述的感应淬火方法，其中，所述长工件(LW)为驱动轴。

4. 根据权利要求1所述的感应淬火方法，其中，所述加热步骤、所述第一冷却步骤和所述第二冷却步骤利用多个校正辊(24a至24d)以及至少两个旋转轴(22a，22b)来执行，所述旋转轴(22a，22b)用于轴向支承所述校正辊(24a至24d)中的至少一个，并且彼此独立地旋转。

Images