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摘要：對比幾種不同的熱處理工藝，通過選擇合適的感應線圈，選用PAG水溶性淬火劑并匹配PAG水溶性淬火劑濃度，同時改進最終高頻淬火工藝，使軸的相關性能滿足產品要求。

關鍵詞：高頻淬火工藝；PAG水溶性淬火劑；PAG水溶性淬火劑濃度；感應線圈

雨刮軸主要用于傳遞刮水器電機輸出力矩給雨刮機構直至雨刮臂，軸材料一般為SAE1144或40Cr，但軸螺紋處抗扭力矩設計要求大于30N．m且無損傷。在不經過任何處理方式的情況下，軸螺紋抗扭力矩是不能滿足設計要求的。

1選擇熱處理工藝

熱處理工藝就是將材料在固態下通過加熱、保溫和冷卻，使其內部組織結構發生變化，以獲得預期的性能。但是，熱處理工藝有很多種，如退火及正火、淬火、回火及失效、表面淬火、化學熱處理、形變熱處理，采取何種熱處理方式更經濟更適用，且又能滿足產品要求呢？為此，采取了三種方案加工雨刮擺軸：①采用SAE1144經過高頻淬火；②采用SAE1144經過調質處理；③采用40Cr材料經過調質處理。三種方案存在的問題：第一種方案經濟實惠，就現有的設備及加工工藝，采取目前的相關設備儀器及工藝方法加工的零件螺紋處力矩沒有到達要求就脆斷，滾花處經過鉚接后，淬火層掉塊，扭矩不滿足設計要求；第二種方案加工工藝流程冗長，調質處理需要外委，加工周期長，半成品堆積時間長，而且扭矩達不到設計要求，零件還有脆斷的風險；第三種方案扭矩雖然能滿足設計要求，但是零件還有脆斷的風險，而且調質處理需要外委，加工周期長，產品產量大，半成品堆積時間長。分析三種方案存在的問題，結合生產現狀，為了減少物流環節，降低生產成本，合理使用高效設備和啟用閑置設備即高頻淬火爐，必須采用第一種方案。

2熱處理高頻淬火工藝可行性的分析及工藝存在問題

2．1高頻淬火工藝可行性的分析

（1）高頻淬火的原理是將工件放在感應器中，當感應器中通過交變電流時，在感應器周圍產生與電流頻率相同的交變磁場，在工件中相應地產生了感應電動勢，在工件表面形成感應電流，即渦流。這種渦流在工件的電阻作用下，電能轉化為熱能，使工件表面溫度達到淬火加熱溫度，可實現表面淬火。采用高頻淬火有如下優點：①熱源在工件表層，加熱速度快，熱效率高。②工件因不是整體加熱，變形小，可以用在零件精加工后進行。③工件加熱時間短，表面氧化脫碳量少。④工件表面硬度高，缺口敏感性小，沖擊韌性、疲勞強度以及耐磨性等均有很大提高。有利于發揮材料的潛力，節約材料消耗，提高零件使用壽命。

（2）對材料成分適用于高頻淬火可行性進行分析，通過對SAE11144材料成本的分析，該材料含碳量為0．37％－0．45％之間，還有Mn、P、S、Si等，屬于中碳易切削鋼，完全可以采用高頻淬火。該材料高頻淬火后的最終熱處理分析，高頻處理將材料零件加熱到臨界點以上某一溫度（相當于45號鋼淬火溫度為840－860℃，），保持一定的時間，得到奧氏體，然后以適當的冷卻速度獲得馬氏體組織。馬氏體組織是鋼經淬火后獲得的不平衡組織，它的硬度高，但塑性、韌性差，因此必須經過回火處理，為了不降低鋼的硬度，以及廠內現有回火設備，采用低溫回火主要是消除內應力，降低鋼的脆性。回火溫度初選擇165℃～178℃，在這個溫度回火可以得到回火馬氏體。

2．2工藝中存在問題

（1）確定高頻淬火的有效區域。作為高頻淬火的有效區域的依據是：根據產品使用情況，螺紋及滾花處是需要承受抗扭力矩的，需要進行高頻處理為高頻有效區域外，其余部分不需要進行高頻淬火，原材料就能滿足產品性能要求。

（2）高頻淬火硬化層深度分析，一般硬化層深度δ＝（10～20）％D，D為工件的有效直徑，因此取硬化層深度δ＝（10～20）％D＝（0．1～0．2）×6＝0．6～1．2，取中間值0．9，經過對高頻設備參數的摸索及加工經濟性，采用功率1、功率3都不滿足硬化層深度要求，只有功率2，刻度對8滿足要求。

（3）初步實施高頻淬火，采用目前使用的感應線圈，淬火劑為水淬，回火設備，調試程序參數：采用功率2，刻度對8，走刀速度600～800，加熱停頓時間1s，高頻有效區按圖示進行，回火溫度165℃～178℃，保溫2～2．5小時，雖說硬化層深度約0．8mm，高頻有效區域硬度分布為HRC37～57，雖然軸螺紋處力矩有所提高，但有10％脆斷的風險，硬度分布范圍大，還是不滿足圖紙要求。

（4）通過上述驗證和查閱相關高頻淬火技術資料；1、軸螺紋經過高頻淬火后脆斷原因：①采用高頻感應電流快速對材料進行加熱，使零件表層瞬間形成奧氏體，由于加熱后還要通過感應線圈才能冷卻，因此在保溫這段時間，奧氏體晶粒繼續長大，過了感應線圈卻又用水快速冷卻，奧氏體晶粒越大，冷卻后的組織越粗大，使材料的力學性能尤其是沖擊韌性變壞。冷卻速度快，會使鋼中內應力增大，引起鋼件的變形，甚至開裂。2、硬度不均勻原因：沒有配備穩壓電源，同時啟用多臺機床，電壓不穩定造成。感應線圈與工件之間的間隙越大，熱效率越低，還參雜空氣氣流，會導致加熱擴散。

3高頻淬火技術問題的改進及效果驗證

3．1改進方案

（1）采購與雨刮擺軸匹配的感應線圈，理論要求間隙為1～3（不大于5），實際采購內徑感應線圈與零件外徑配合間隙在2．5－2．75之間。

（2）采購與SAE1144材料匹配的淬火劑（PAG水溶性淬火劑）。

（3）采購檢測PAG水溶性淬火劑濃度的折光儀，用來控制劑濃度。

（4）配備穩壓電源。

3．2實施方案

（1）控制程序：采用功率2，刻度對8，走刀速度600～700，螺紋處加熱停頓時間1s，滾花加熱處停頓時間2s，高頻有效區按圖示加工。

（2）配制淬火濟濃度8％。

（3）回火溫度：使用溫度均勻的烘箱，零件放置于烘箱，隨爐升問溫至165℃～178℃，保溫2～2．5h，取出零件，自然冷卻。

（4）配備穩壓電源。

3．3方案效果驗證

硬度高頻表面局部淬火后再經低溫回火后，零件組織為淬硬層加心部組織，其中淬硬層又分為：表面層及過渡層，用金相顯微鏡測量淬硬層深度0．916mm，零件經過表面處理后，其各層的硬度是不同的，從表面、過渡層到心部，硬度逐漸降低。隱針狀馬氏體，一般中碳鋼快速加熱時，會得到極細的奧氏體晶粒，淬火之后得到極細的條狀和片狀馬氏體的混合組織，在顯微鏡下看不出馬氏體的形態特征，是一種隱針狀馬氏體，該馬氏體具有優良的強韌性能，既有較高的強度，又有良好的塑性和韌性，其αk值和KIC值均比較高，冷脆性轉變溫度較低，在生產中是廣為應用的理想淬火組織，是一種強韌化組織。對軸的螺紋力矩及滾花處力矩進行3個不同批次并每批次測試20件，軸螺紋抗扭力矩都能達到30N．m以上，滾花處力矩滿足設計要求，且較為穩定。通過更改加熱的感應線圈內徑，增加適量的PAG水溶性淬火劑，以及更改回火參數，得到極細的條狀和片狀馬氏體的混合組織，在顯微鏡下看不出馬氏體的形態特征，是一種隱針狀馬氏體，該馬氏體具有優良的強韌性能，既有較高的強度，又有良好的塑性和韌性，能使軸螺紋的抗扭力矩達到30N．m以上，滿足設計要求，且較為穩定。

作者：楊治英 單位：貴陽萬江航空機電有限公司