[发明专利]一种可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺

说明书

技术领域

本发明提供了一种金属材料的感应淬火工艺，特别涉及一种可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺，属于机械制造领域。

背景技术

可淬硬合金铸铁凸轮轴是内燃机内重要的运动部件，市场需求量较大，该合金铸铁凸轮轴经感应淬火后，其耐磨性明显优于钢件产品，因此对其进行感应淬火是不可缺少的一道工序。但在传统感应淬火热处理过程中，不可避免得会出现裂纹，裂纹分两种，一种是加热裂纹，另一种为淬火裂纹。两种裂纹主要都集中在凸轮桃尖两侧的升程部位处。据统计，采用传统工艺对该凸轮轴进行感应淬火时，加热时凸轮轴升程处产生裂纹率为35～40%，淬火冷却时无论是用淬火油还是用水溶性淬火剂进行淬火，均由于在冷却过程中淬火应力太大，超过了工件的极限强度，因此大批量工件出现淬火裂纹而导致报废，给企业造成了很大的经济损失。据统计，用水淬时产生的裂纹率100%，用浓度10～15%的水溶性淬火剂淬火时裂纹率为30～35%，用水基淬火剂喷雾冷却也有10～15%的淬火裂纹率，加热后采用风冷淬火虽然不会开裂，但达不到技术要求。因此传统感应淬火工艺产生的废品率极高，极大的增大了生产成本。为解决上述技术难题，急需一种有针对性的热处理工艺技术。

发明内容

本发明提供了一种可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺，解决了上述背景技术中的不足，该工艺能够在满足淬火技术要求的前提下极大的降低工件淬火后的开裂率，因此大大的降低了生产成本。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺，其步骤为：

（1）、对凸轮轴进行预热，将其感应加热至810～850℃，加热速率为60～70℃/秒；

（2）、将预热后的凸轮轴感应加热至900～940℃，加热速率为60～70℃/秒；

（3）、采用压缩气体对凸轮轴进行淬火，淬火时间为35～50秒，将凸轮轴冷却至240～310℃，压缩气体的压力为0.38～0.52MPa；

（4）、将淬火后的凸轮轴在室温中静置50～60分钟，利用其淬火后的余温完成回火。

步骤（1）中预热分为三段进行加热，且相邻的两段加热之间有暂停间隔。预热的具体步骤为：第一段：首先将凸轮轴感应加热至180～210℃，暂停加热2秒；第二段：将凸轮轴感应加热至550～600℃，暂停加热3秒；第三段：将凸轮轴感应加热至810～850℃，暂停加热3秒。

步骤（3）中压缩气体为压缩空气或氮气。

本发明提供的可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺的工作原理如下：传统的感应淬火工艺中加热功率高、工件升温速度快，而可淬硬合金铸铁凸轮轴中由于碳和合金元素的含量极高，在铸造时由于结晶过程的不同时性，从而形成了以珠光体为基体的结构，基体上分布着大量片状石墨和质量分数为15～20%左右的合金碳化物。由于片状石墨应力集中严重，并且合金碳化物的硬度高、脆性大，因此该可淬硬合金铸铁中的石墨、较高的合金含量以及非金属夹杂物都会使导热性能变差，再加上凸轮升程部位的截面变化较大，容易引起应力集中，当热应力大于其抗拉强度必然产生裂纹。在传统工艺中有时在500℃左右加热过程中都能听见开裂的声音。为了解决这一问题，在加热方面改传统一段加热为多段加热，加热改为四段，前三段加热中段与段之间有暂停，让工件充分预热，第四段加热到淬火温度。采用本发明中的加热工艺，由于延缓了升温速度，降低了感应加热功率，增加了加热的总时间，加热完成后的凸轮在加热过程中无一裂纹出现。

传统的感应淬火工艺中采用水或淬火油或水溶性淬火剂进行淬火，工件的开裂率很高。其原因为该铸件导热性能差，其中未溶碳化物较多、塑性差，用水基介质冷却时，因冷速过大，表面的奥氏体很快降温到M s点，发生马氏体转变，从而体积膨胀，而此时次表面还处在奥氏体塑性状态，不会产生裂纹。在继续冷却时次表面发生马氏体转变，体积膨胀，产生的组织应力大于表面马氏体的抗拉强度，开始出现裂纹。终究其原因还是由于冷却介质冷速过大，使导热性差的合金铸铁凸轮轴组织转变的不同时性而造成的。在本发明所提供的工艺中改用压力0.4～0.5MP的压缩气体冷却40秒，压缩气体冷速适当，完全能够达到技术指标，消除了空冷不硬，液体介质淬火裂纹。同时由于淬火后工件温度较高，在250～300℃，因此该合金铸铁凸轮轴在空冷时能够完成自回火，从而减少低温回火工序。

本发明提供的可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺具有如下优点：

1、本发明成功解决了现有技术、设备对可淬硬合金铸铁凸轮轴感应淬火裂纹难题。