專利名稱：傳動軸花鍵軸頭熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種傳動軸花鍵軸頭熱處理方法。
背景技術(shù)：
花鍵軸頭是汽車傳動軸最重要的零件之一，發(fā)動機的扭矩經(jīng)傳動軸到達后橋，由半軸傳給車輪，推動汽車前進?；ㄦI軸頭在汽車傳動軸傳遞動力中起著至關(guān)重要的作用。如圖1所示，花鍵軸頭包括油封臺1、花鍵部分2和連接螺絲頭3?，F(xiàn)有的花鍵軸頭選用的材料為40Cr鋼，鍛造成形后其熱處理工藝過程一直沿用調(diào)質(zhì)加中頻感應(yīng)淬火的方法來提高花鍵軸頭所承受的彎曲和扭轉(zhuǎn)強度等綜合機械性能，從而提高其疲勞壽命。現(xiàn)有的花鍵軸頭熱處理方法包括調(diào)質(zhì)和中頻感應(yīng)淬火兩大工序。調(diào)質(zhì)工序依次對花鍵軸頭進行加熱、淬火和高溫回火操作，加熱時，加熱溫度為850°C ±10°C，時間120分鐘。在淬火液中淬火時，需要消耗淬火液。高溫回火溫度為6800C ±10°C，回火時間150分鐘。中頻感應(yīng)淬火工序是使用感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床進行表面感應(yīng)淬火。感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床包括 加熱淬火裝置，本工序中花鍵軸頭由上至下通過加熱淬火裝置的速度為320毫米/分鐘，對花鍵軸頭的花鍵部分2 (參見圖1)進行中頻感應(yīng)淬火，其淬火區(qū)域4僅為花鍵部分和一少部分油封臺部分，硬化層深度2 - 4毫米。上述淬火工序耗時不超過I分鐘。

中頻感應(yīng)淬火后需要進行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力。低溫回火是利用低溫回火爐對工件(即花鍵軸頭)進行低溫回火，低溫回火溫度為190°C ±10°C，回火時間I小時±10分鐘。上述現(xiàn)有的熱處理工序在零件生產(chǎn)過程中是高能耗、高成本的，主要是調(diào)質(zhì)時回火溫度較高且持續(xù)時間長(150分鐘)。另外在淬火液中淬火時也需要消耗淬火液，增加了熱處理成本。正火工藝相比調(diào)質(zhì)工藝減少了高溫回火步驟，能夠節(jié)約大量能源，但正火處理后的工件硬度較調(diào)質(zhì)處理后的工件硬度較低，且強度較差，工件疲勞壽命短，不能滿足汽車工業(yè)的需求。因此，正火工藝長期以來無法運用到傳動軸花鍵軸頭熱處理工藝中來。由于無法克服正火工藝帶來的上述缺點(硬度較低、強度較差、疲勞壽命短等)，目前本領(lǐng)域尚不能夠利用正火工藝來實現(xiàn)節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的傳動軸花鍵軸頭熱處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗低成本的傳動軸花鍵軸頭熱處理方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的傳動軸花鍵軸頭熱處理方法依次包括正火工序和中頻感應(yīng)淬火工序；正火工序依次包括兩步驟，第一步驟是使用推盤式加熱爐加熱花鍵軸頭，力口熱溫度為850°c ±10°C，時間120分鐘；第二步驟是空冷2 — 3小時，空冷后花鍵軸頭的溫度降至室溫；中頻感應(yīng)淬火工序包括兩步驟，第一步驟是淬火步驟，本步驟是使用感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床對花鍵軸頭進行表面感應(yīng)淬火，感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床包括加熱淬火裝置，花鍵軸頭由上至下通過該加熱淬火裝置的速度為290毫米/分鐘，花鍵軸頭表面淬火區(qū)域包括花鍵部分和全部油封臺部分，硬化層深度為4 一 6毫米；第二步驟是低溫回火步驟，本步驟是利用低溫回火爐對花鍵軸頭進行低溫回火，低溫回火溫度為190°C ±10°C，回火時間為I小時±10分鐘。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
本發(fā)明使用正火代替調(diào)質(zhì)，擴大了感應(yīng)加熱淬火區(qū)域并加深了硬化層深度，因而提高工件表面硬度，使工件完全滿足零件的靜扭強度和疲勞壽命等要求，這是因為中頻感應(yīng)淬火加熱速度快，能獲得細化或超細化的奧氏體晶粒，淬火后得到細致的馬氏體組織，再經(jīng)低溫回火得到高度彌散的回火組織，由于晶界的強化作用，使零件的強度與韌性得到提高。由于正火工序無需進行高溫回火，因此本申請與同類調(diào)質(zhì)+中頻感應(yīng)淬火技術(shù)(需要在680°C ±10°C的高溫條件下回火150分鐘)相比，節(jié)約了大量的能源，既降低了生產(chǎn)成本，又具有低碳環(huán)保的積極社會意義，大幅提高了產(chǎn)品競爭力。另外感應(yīng)加熱表面淬火的零件，由于淬火層中馬氏體比容增大,能在零件表面形成相當(dāng)大的壓應(yīng)力，淬硬層除了提高耐磨性能，更寶貴的是提高了零件抗彎曲疲勞強度，成倍地提高了零件的疲勞壽命。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中傳動軸花鍵軸頭熱處理方法下花鍵軸頭及其表面淬火區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明中花 鍵軸頭及其表面淬火區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖2和圖1所示，花鍵軸頭包括油封臺1、花鍵部分2和連接螺絲頭3。本發(fā)明的傳動軸花鍵軸頭熱處理方法依次包括正火工序和中頻感應(yīng)淬火工序。正火工序依次包括兩步驟，第一步驟是使用推盤式加熱爐(本領(lǐng)域現(xiàn)有常用設(shè)備)加熱花鍵軸頭，加熱溫度為850°C ±10°C，時間120分鐘；第二步驟是空冷(即空氣冷卻)2 —3小時，空冷后花鍵軸頭的溫度降至室溫。中頻感應(yīng)淬火工序包括兩步驟，第一步驟是淬火步驟，本步驟是使用感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床(本領(lǐng)域現(xiàn)有常用設(shè)備)對花鍵軸頭進行表面感應(yīng)淬火，感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床包括加熱淬火裝置，花鍵軸頭由上至下通過該加熱淬火裝置的速度為290毫米/分鐘，花鍵軸頭表面淬火區(qū)域4如圖2所示包括花鍵部分2和全部油封臺1，硬化層深度為4 一 6毫米。改進后本步驟時間一般在I分鐘15秒左右，本步驟通過降低花鍵軸頭通過加熱淬火裝置的速度的方法來加深花鍵軸頭表面硬化層深度。硬化層深度如果過深，則在中頻感應(yīng)淬火工序需要較多的熱能，并降低花鍵軸頭通過加熱淬火裝置的速度。硬化層深度為4-6毫米，既能夠使花鍵軸頭滿足強度需求、不降低疲勞壽命，又盡可能降低中頻感應(yīng)淬火工序的熱能需求、盡可能加快花鍵軸頭通過加熱淬火裝置的速度。第二步驟是低溫回火步驟，本步驟是利用低溫回火爐對花鍵軸頭進行低溫回火，低溫回火溫度為190°C ±10°C，回火時間為I小時±10分鐘。
本申請與同類調(diào)質(zhì)+中頻感應(yīng)淬火技術(shù)(需要在680°C ±10°C的高溫條件下回火150分鐘)相比，在滿足花鍵軸頭靜扭強度和疲勞壽命要求的前提下節(jié)約了大量的能源，既降低了生產(chǎn)成本，又具有低碳環(huán)保的積極社會意義。研發(fā)說明:
本申請的發(fā)明人創(chuàng)造性地提出了一個研發(fā)方向，即能否在熱處理過程中用低能耗工藝過程來替代高能耗工藝過程，同時又保證花鍵軸頭的綜合機械性能及使用疲勞壽命不受影響。這個研發(fā)方向是前所未有的，是本申請的發(fā)明人在試圖突破傳統(tǒng)熱處理工藝時所創(chuàng)造性提出來的。本申請的發(fā)明人對花鍵軸頭的受力情況作了創(chuàng)造性分析。花鍵軸頭的同一橫截面(指徑向截面，而非軸向截面)上距圓心不同半徑處在外力作用下旋轉(zhuǎn)同一角度所受到的切應(yīng)力不同，半徑越大所受的切應(yīng)力越大，因此，在傳動軸使用過程中，花鍵軸頭的表面受力最大，沿著直徑方向向花鍵軸的中心位置受力逐漸減小，因此要求花鍵軸頭外表面具有高的受力強度而靠近軸線5處的中心部位不需要有太高的強度，表現(xiàn)在零件的熱處理來說就是花鍵軸頭表面向里有一定深度的硬化層即可。對于金屬材料來說，金屬強度與硬度有一定的對應(yīng)關(guān)系，即硬度越高強度就越高(可以從碳鋼及合金鋼的硬度及強度換算表中查得)。而花鍵軸頭原來工藝為調(diào)質(zhì)處理，處理后花鍵軸頭的硬度比本申請的正火處理后的花鍵軸頭硬度要高。本申請的技術(shù)方案即是利用了上述原理，通過用正火代替調(diào)質(zhì)、加深硬化層深度(由原來的2 - 4毫米提高到本申請中的4 - 6毫米)以及擴大表面淬火區(qū)域4的方法提高花鍵軸頭強度，使花鍵軸頭雖然達不到調(diào)質(zhì)工藝處理后的硬度，但仍然能夠滿足強度要求，不縮短花鍵軸頭的疲勞壽命。本申請的發(fā)明人對改進后的熱處理方法所試驗生產(chǎn)出來的花鍵軸頭作了大量的力學(xué)性能試驗。以EQ140前軸頭為例進行分析，改進前熱處理工藝過程為感應(yīng)淬火前進行調(diào)質(zhì)處理，要求調(diào)質(zhì)后硬度229-269HBW，金加工成形后進行表面感應(yīng)淬火處理，表面硬度48-58HRC，硬化層深度要求2 — 4mm, EQ140前軸頭表面感應(yīng)淬火區(qū)域4如圖1所示。改進后，EQ140前軸頭的前處理硬度要求控制在200 — 250HB之間，金加工后的零件表面感應(yīng)淬火區(qū)域如圖 2所示。然后對改進工藝前所生產(chǎn)出來的EQ140前軸頭與改進工藝后試驗生產(chǎn)出來的EQ140前軸頭進行靜扭和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗。試驗設(shè)備為80000N.m (牛.米)的靜扭轉(zhuǎn)強度試驗臺和40000N.m的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗臺。工件(花鍵軸頭)試驗結(jié)果如表一和表二所示。表一 EQ140前軸頭正火狀態(tài)與調(diào)質(zhì)狀態(tài)改進后靜扭試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.傳動軸花鍵軸頭熱處理方法，其特征在于依次包括正火工序和中頻感應(yīng)淬火工序；正火工序依次包括兩步驟，第一步驟是使用推盤式加熱爐加熱花鍵軸頭，加熱溫度為8500C ±10°C，時間 120 分鐘； 第二步驟是空冷2 - 3小時，空冷后花鍵軸頭的溫度降至室溫； 中頻感應(yīng)淬火工序包括兩步驟，第一步驟是淬火步驟，本步驟是使用感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床對花鍵軸頭進行表面感應(yīng)淬火，感應(yīng)數(shù)控表面淬火機床包括加熱淬火裝置，花鍵軸頭由上至下通過該加熱淬火裝置的速度為290毫米/分鐘，花鍵軸頭表面淬火區(qū)域包括花鍵部分和全部油封臺部分，硬化層深度為4 一 6毫米； 第二步驟是低溫回火步驟，本步驟是利用低溫回火爐對花鍵軸頭進行低溫回火，低溫回火溫度為190°C ±1 0°C，回火時間為I小時±10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳動軸花鍵軸頭熱處理方法，其特征在于依次包括正火工序和中頻感應(yīng)淬火工序；正火工序依次包括兩步驟，第一是使用推盤式加熱爐加熱花鍵軸頭，加熱溫度為850℃±10℃，時間120分鐘；第二是空冷2－3小時；中頻感應(yīng)淬火工序包括兩步驟，第一是淬火，花鍵軸頭表面淬火區(qū)域包括花鍵部分和全部油封臺部分，硬化層深度為4－6毫米；第二是低溫回火。本申請與同類調(diào)質(zhì)+中頻感應(yīng)淬火技術(shù)(需要在680℃±10℃的高溫條件下回火150分鐘)相比，在滿足花鍵軸頭靜扭強度和疲勞壽命要求的前提下節(jié)約了大量的能源，既降低了生產(chǎn)成本，又具有低碳環(huán)保的積極社會意義，大幅提高了產(chǎn)品競爭力。
文檔編號C21D9/00GK103215428SQ20131017394
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者李建勛, 周建喜, 馬喜嶺, 陳云升, 張峰, 周永川, 韓利, 尚國生, 張鵬超, 王文, 張俊華, 張慶科, 曹善江, 蘇相培, 孟會濤, 李紅俊, 劉延生, 史彩霞, 劉其勇, 柴二帥, 唐記敏, 侯光輝, 王建國, 李磊, 張志斌, 顧鮮美, 袁浩然, 雷務(wù)然 申請人:許昌遠東傳動軸股份有限公司, 許昌中興鍛造有限公司