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车轴感应淬火技术的发展

车轴是机车车辆中的部件之一，它直接关系到铁道车辆行车安全。从19世纪中到20世纪初，各国对车轴的疲劳断裂进行了大量的研究，如科学家Ｗｈｏｌｅｒ和Ｈｏｇｅｒ用全尺寸车轴进行车轴疲劳断裂的研究，日本也对实物车轴进行了大量的试验研究。对车轴疲劳强度和疲劳断裂机理已研究很清楚，但铁路车辆车轴疲劳断裂依然存在。例如，在俄罗斯仅1993年在运用的220～250万根车轴中，因疲劳裂纹而报废的就达6800根。法国在高速铁路系统的定期检修中，将轮座磨去0.5mm深，以防止再次裂纹萌生。在日本新干线使用的所有车轴，运行 45万公里后，用磁粉探伤仪进行检查，每年进行磁粉探伤的车轴总数约2万根。随着高速铁路在的兴起和不断发展，对车轴的安全使用性能提出了更高的要求。强化车轴表面，是提高车轴断裂的重要措施。无论是法国、日本还是德国对高速运行下的车轴都进行了大量的研究和应用，日本、法国均采用低碳钢制造车轴，并进行表面感应淬火处理。日本新干线的使用结果表明，这种车轴经表面感应淬火后，克服了车轴的断裂，确保了行车安全。车轴材料我国的机车、车辆均采用碳素钢车轴，纵观总体情况，应该说碳素钢车轴是成熟的、可靠的。对于高速列车车轴材料是选碳素钢还是合金钢，我国还没有成熟的技术。由于各国的国情不同 ，技术观点不同 ，选用的车轴材料不尽相同，但都属于低碳钢范畴。

感应淬火低碳钢车轴表面采用感应淬火是提高其疲劳寿命为经济而有效的方法。日本对此进行了详细的试验研究 ，并成功地运用在高速铁路上。日本新干线在这方面工作早在 1948年就开始了 ，碳素钢经调质处理后 ，再沿车轴纵向进行表面感应加热淬火 ，在淬硬层内获得非常细的马氏体组织 ，使其表面硬度显著增加。

车轴感应淬火设备

感应器研制车轴是一个变直径的圆柱体，要实现全长表面淬火在很大程度上取决于感应器的结构设计与制造。加热用感应器的设计应主要考虑①使被加热零件的表面温度均匀;②感应器损耗小，电;③感应器冷却良好;④制造简单，有足够的机械强度，操作使用方便。车轴加热感应器用矩形紫铜管制造成圆形感应器，并通水冷却，零件加热后由用附带喷水圈进行喷射冷却。为了保证在感应加热中尽可能地减少漏磁，提高加热效率，感应器与零件之间的间距尽可能小，但要有足够的间隙，花键轴淬火设备厂商，保证使感应器能与车轴的相对运动顺利进行。因此，选择圆环形感应器内侧与车轴轮座表面之间的距离为5～6ｍｍ较为合适。

加热设备频率的选择感应加热的电流透入深度与电流的频率成反比，必须正确选择中频发生器设备的中频电流频率，以实现一定加热深度的感应加热。正确选择加热电流频率可实现技术要求，提高热处理质量，充分发挥设备的效能，提高生产率，节省电能。感应器的电频率选择与零件的直径大小有关，大直径零件可采用较低的频率，所以对于直径很大的车轴，选择下限频率中频电源作为车轴感应加热的中频加热设备。

冷却器的研制车轴中频感应表面淬火，冷却是关键。因为车轴钢的含碳量低，临界冷却速度高。选择适当的冷却方法和冷却介质，才能使淬火区获得马氏体组织。因此，冷却器的合理设计就显得致关重要。所以 ，喷水圈喷水孔采用多排交叉分布，为防止靠近感应器处喷水孔喷射水柱飞溅影响加热效果。

淬火机床的研制为尽可能减少车轴淬火后的变形，淬火机床采用竖立式，车轴垂直放置，自身旋转，以使车轴圆周表面的加热均匀。淬火机床上的中频变压器连接加热用感应器一起可沿车轴纵向上下移动 ，移动速度采用变频连续可调。

凸轮轴感应淬火

感应加热淬火具有加热速度快，生产，工件氧化脱碳少、淬火畸变小，劳动条件好，无污染和易于实现机械化、自动化等一系列优点。

对于凸轮轴感应淬火，传统渗碳炉装载量少，且淬火质量不高。淬火机床采用凸轮轴双工位感应淬火机床，该设备感应加热电源采用IGBT (与SCR可控硅相比，可靠性与节能效果更好，频率适配范围宽)。淬火机床可以严格控制冷却液喷射时间，使工件既能获得足够的表面硬度，又不会因冷却过于剧烈而开裂。凸轮轴淬火位置的调试首先根据凸轮轴的结构和尺寸，在程序中确定各档相对位置。通过肉眼观察感应器的位置及加热效果完成粗调，粗调并试淬后，进行金相分析测定淬硬层的分布状况，再进行位置微调。在确定加热功率和淬火液浓度后，为了保证淬硬层深度达到技术要求，还需要确定合适的加热时问，以保证在满足技术要求的前提下，提高生产效率。