專利名稱：感應(yīng)淬火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)淬火方法，更具體地說(shuō)，涉及一種用于沿著軸 線延伸的鐵基合金長(zhǎng)工件的感應(yīng)淬火方法。
背景技術(shù)：
用于諸如車輛發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸之類的桿狀長(zhǎng)工件的感應(yīng)淬火處理方法 包括同時(shí)對(duì)整個(gè)長(zhǎng)工件進(jìn)行淬火的單次淬火方法以及移動(dòng)淬火方法，移 動(dòng)淬火方法包括將高頻加熱線圈放置在長(zhǎng)工件的一部分周圍，并沿著軸 向輸送該長(zhǎng)工件以順序加熱該長(zhǎng)工件的各部分。在該淬火方法中，長(zhǎng)工 件被高頻加熱線圈加熱，然后被冷卻液冷卻。
在單次淬火方法中，長(zhǎng)工件被在兩端夾緊并強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)(例如，參見(jiàn)
專利文獻(xiàn)1)。長(zhǎng)工件在該狀態(tài)下被加熱，然后在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被冷卻，從 而被淬火。在長(zhǎng)工件附近放置校正輥。當(dāng)長(zhǎng)工件在冷卻中變形時(shí)，使被 旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)工件的變形部與該校正輥進(jìn)行接觸以對(duì)變形進(jìn)行校正。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開平4-141523號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，僅通過(guò)該校正輥不能充分地消除變形，并且通常在淬火處理 之后進(jìn)行冷變形消除工序。長(zhǎng)工件經(jīng)常由于該變形消除工序而出現(xiàn)裂紋， 從而為了檢測(cè)該裂紋而進(jìn)行磁力探傷。因而增加了工序數(shù)量，從而顯然 難以提高長(zhǎng)工件的生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的總體目的是提供一種能夠防止長(zhǎng)工件變形的感應(yīng)淬火方法。
本發(fā)明的主要目的是提供一種不需要變形消除及磁力探傷工序的感 應(yīng)淬火方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠生產(chǎn)在整個(gè)工件上金屬結(jié)構(gòu)近似 均勻的長(zhǎng)工件的感應(yīng)淬火方法。
本發(fā)明的又一目的是提供這樣一種簡(jiǎn)單的感應(yīng)淬火方法，使得即使 校正輥由于某些原因而被保持時(shí)也可以校正長(zhǎng)工件的變形。
本發(fā)明的還一目的是提供一種提高長(zhǎng)工件生產(chǎn)效率的感應(yīng)淬火方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于對(duì)含有鐵基合金的長(zhǎng)工件 進(jìn)行淬火的感應(yīng)淬火方法，其中所述長(zhǎng)工件在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)高頻感應(yīng) 加熱而被加熱，并且當(dāng)所述長(zhǎng)工件在淬火中變形時(shí)，使校正輥與所述長(zhǎng) 工件接觸以對(duì)該變形進(jìn)行校正，
所述感應(yīng)淬火方法包括
加熱步驟，該加熱步驟在使所述長(zhǎng)工件以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò) 所述高頻感應(yīng)加熱將所述長(zhǎng)工件加熱至第一溫度范圍，在該第一溫度范 圍內(nèi)形成奧氏體；
第一冷卻步驟，該第一冷卻步驟在使所述長(zhǎng)工件以比所述第一轉(zhuǎn)速 高的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將所述長(zhǎng)工件冷卻到第二溫度范圍，該第二溫
度范圍高于馬氏體幵始溫度且至多為珠光體結(jié)束溫度；以及
第二冷卻步驟，該第二冷卻步驟在使具有所述第二溫度范圍內(nèi)的溫 度的所述長(zhǎng)工件以低于所述第二轉(zhuǎn)速的第三轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將所述長(zhǎng)工 件進(jìn)一步冷卻。
作為長(zhǎng)工件的材料的鐵基合金在低于珠光體結(jié)束溫度(Pf)的溫度 時(shí)具有能夠容易地消除變形的結(jié)構(gòu)。因而，當(dāng)長(zhǎng)工件在加熱步驟之后以 最大轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的冷卻步驟中變形時(shí)，通過(guò)使該長(zhǎng)工件與校正輥進(jìn)行接觸 能夠有效地消除該變形。這是因?yàn)樗鲂Ｕ伜退鲩L(zhǎng)工件可以以高的 接觸頻率進(jìn)行接觸。
因而，在本發(fā)明中，在第二冷卻步驟之后獲得的長(zhǎng)工件中幾乎不會(huì) 存在變形。因此，可以省去冷變形消除工序，并且也可以自然地省去用 于檢測(cè)長(zhǎng)工件中由于冷變形消除工序而引起的裂紋的磁力探傷。通過(guò)省 去這些工序而能夠提高長(zhǎng)工件生產(chǎn)效率。
此外，所得到的長(zhǎng)工件在整個(gè)長(zhǎng)工件上具有近似均一的金屬結(jié)構(gòu)和 特性。
所述第一冷卻步驟以最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行，直到所述長(zhǎng)工件被冷卻到預(yù)定 溫度范圍(第二溫度范圍)。具體地說(shuō)，該第二溫度范圍是高于馬氏體開
始溫度(Ms溫度)而至多為Pf溫度的范圍。特別優(yōu)選的是在第一冷卻步 驟中將所述長(zhǎng)工件冷卻到恰好高于Ms溫度的溫度。
當(dāng)所述校正輥的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，實(shí)際上是該轉(zhuǎn)速由于慣性而逐漸增加 或降低。因而，該轉(zhuǎn)速在緊接著第一冷卻步驟開始之后處于增加過(guò)程中， 而該轉(zhuǎn)速在緊接著第二冷卻步驟開始之后處于降低過(guò)程中。
優(yōu)選的是至少一個(gè)校正輥可獨(dú)立于其他校正輥?zhàn)杂尚D(zhuǎn)。在這種情 況下，即使其他校正輥由于某些原因而被固定時(shí)也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 對(duì)變形進(jìn)行校正。
在第一冷卻步驟中，根據(jù)長(zhǎng)工件的尺寸、重量及硬度選擇冷卻時(shí)間。 例如，在長(zhǎng)工件具有圓柱形形狀的情況下，隨著直徑的增加，冷卻時(shí)間 延長(zhǎng)。
加熱步驟和第二冷卻步驟中的轉(zhuǎn)速(即第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速)可以相等。


圖1是表示用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式感應(yīng)淬火方法的淬火設(shè) 備的側(cè)視圖2是沿著圖1的線II-II的剖面圖3是表示圖1的淬火設(shè)備的主要部件的俯視圖4是S40CM材料的CCT曲線；以及
圖5是表示在該感應(yīng)淬火方法的各步驟中轉(zhuǎn)速的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的感應(yīng)淬火方法的優(yōu)選實(shí)施方式。 該實(shí)施方式的感應(yīng)淬火方法包含加熱步驟、第一冷卻步驟和第二冷
卻步驟。因而，長(zhǎng)工件在該加熱步驟中被加熱，在第一冷卻步驟及隨后 的第二冷卻步驟中被冷卻。
圖1是用于執(zhí)行加熱步驟、第一冷卻步驟和第二冷卻步驟的淬火設(shè)
備10的側(cè)視圖，圖2是沿著圖1的線I1-II的剖面圖，而圖3是主要部 件的俯視圖。該淬火設(shè)備10具有校正機(jī)構(gòu)12、用于形成夾緊機(jī)構(gòu)的可旋 轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b、高頻加熱線圈16以及可移動(dòng)冷卻套(未示出)。
校正機(jī)構(gòu)12具有基座18和形成在該基座18上的第一至第四軸承 20a至20d。第一旋轉(zhuǎn)軸22a由第一和第二軸承20a和20b支承，而第二 旋轉(zhuǎn)軸22b由第三和第四軸承20c和20d支承。當(dāng)然，第一和第二旋轉(zhuǎn) 軸22a和22b可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
如圖1所示，第一和第二校正輥24a和24b定位并固定在第一旋轉(zhuǎn) 軸22a上，第三和第四校正輥24c和24d定位并固定在第二旋轉(zhuǎn)軸22b 上，從而第三和第四校正輥24c和24d不與第一和第二校正輥24a和24b 相千涉。第一至第四校正輥24a至24b的周壁定位在距離長(zhǎng)工件LW的周 壁預(yù)定距離處。
夾緊機(jī)構(gòu)的可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b可以靠近和遠(yuǎn)離長(zhǎng)工件LW的端部 運(yùn)動(dòng)，換句話說(shuō)就是能夠打開和關(guān)閉。當(dāng)可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b關(guān)閉時(shí)， 長(zhǎng)工件LW的端部被可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b擠壓，由此將長(zhǎng)工件LW夾緊。
可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b可以在旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)(未示出)的作用下以受 控轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力來(lái)控制。
高頻加熱線圈16包括弓形部26a、 26b，這些弓形部26a、 26b位 于長(zhǎng)工件LW的端部附近，并沿著長(zhǎng)工件LW的上半部分彎曲；以及筆直 部28a、 28b,這些筆直部28a、 28b形成為用于連接弓形部26a、 26b的 端部。另外，在弓形部26a、 26b上分別布置有臂30a、 30b，各臂30a、 30b的一端由升降機(jī)構(gòu)(未示出)支承。當(dāng)臂30a、 30b通過(guò)該升降機(jī)構(gòu) 而向下或向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，使高頻加熱線圈16靠近長(zhǎng)工件LW運(yùn)動(dòng)以包圍上 半部分或者遠(yuǎn)離該上半部分運(yùn)動(dòng)。
并不特別限制于長(zhǎng)工件LW，只要高度(沿著軸向的長(zhǎng)度)等于或大 于底部直徑、寬度和深度即可。長(zhǎng)工件LW的優(yōu)選實(shí)施例包括驅(qū)動(dòng)軸。
按照如下執(zhí)行該實(shí)施方式的感應(yīng)淬火方法。
首先，使可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b靠近諸如驅(qū)動(dòng)軸的長(zhǎng)工件LW的端部 以將其夾緊。然后，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)使高頻加熱線圈16的臂30a、 30b向 下運(yùn)動(dòng)，并最終如圖2所示使長(zhǎng)工件LW的上半部分被高頻加熱線圈16 包圍。
通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)使可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b旋轉(zhuǎn)，因而使長(zhǎng)工件LW 旋轉(zhuǎn)。例如，轉(zhuǎn)速可以為K)0至200rpm。
在該狀態(tài)下，向高頻加熱線圈16通電以幵始加熱步驟，使得長(zhǎng)工件 LW通過(guò)電磁感應(yīng)加熱而被加熱到大約90(TC至95(rC。因而，開始感應(yīng)淬 火處理的加熱步驟。在電磁感應(yīng)加熱時(shí)，在由鐵基合金構(gòu)成的長(zhǎng)工件LW 的金屬結(jié)構(gòu)中發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變。
在預(yù)定時(shí)間之后，停止向高頻加熱線圈16通電，將加熱套從長(zhǎng)工件 LW移幵，并提高可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b的轉(zhuǎn)速。例如，可以將可旋轉(zhuǎn)卡盤 14a、 14b的轉(zhuǎn)速最終提高到240至300rpm。
在將加熱套從長(zhǎng)工件LW移開之后立即用可移動(dòng)冷卻套包圍長(zhǎng)工件LW。
該可移動(dòng)冷卻套具有半圓筒形狀，并在包圍長(zhǎng)工件LW的上半部分的 一部分的同時(shí)沿著長(zhǎng)工件LW的縱向運(yùn)動(dòng)。在該可移動(dòng)冷卻套的內(nèi)周壁上 布置有用于在長(zhǎng)工件LW上噴射冷卻液的噴射器。
因而，長(zhǎng)工件LW被從可移動(dòng)冷卻套的內(nèi)周壁噴出的冷卻液冷卻，從 而開始第一冷卻步驟。使可移動(dòng)冷卻套沿著長(zhǎng)工件LW的縱向運(yùn)動(dòng)，由此 使整個(gè)長(zhǎng)工件LW得以冷卻。
在該冷卻步驟中，在長(zhǎng)工件LW (鐵基合金)的金屬結(jié)構(gòu)中形成鐵素 體或珠光體。長(zhǎng)工件LW的金屬結(jié)構(gòu)由于鐵素體和珠光體的形成而發(fā)生改 變，并且長(zhǎng)工件LW的一部分在該長(zhǎng)工件LW被冷卻到珠光體形成結(jié)束的 珠光體結(jié)束溫度(Pf溫度)之前可能會(huì)膨脹而產(chǎn)生變形。在這種情況下， 使變形部分以每分鐘0. 83至5次的速率與第一至第四校正輥24a至24d 中的一個(gè)接觸，從而對(duì)長(zhǎng)工件LW的變形進(jìn)行校正。當(dāng)然在該校正過(guò)程中 繼續(xù)從可移動(dòng)冷卻套噴射冷卻液。
在奧氏體形成溫度與Pf溫度之間的溫度范圍內(nèi)，長(zhǎng)工件LW具有可
以容易地消除變形的結(jié)構(gòu)。因此，在第一冷卻步驟中，通過(guò)使長(zhǎng)工件LW 與第一至第四校正輥24a至24d進(jìn)行接觸同時(shí)使長(zhǎng)工件LW以最大轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)，可以有效地消除長(zhǎng)工件LW的變形。
在該實(shí)施方式中，長(zhǎng)工件LW在第一冷卻步驟中的轉(zhuǎn)速比在高頻加熱 步驟中的轉(zhuǎn)速高，從而第一至第四校正輥24a至24d和長(zhǎng)工件LW能以較 高的接觸頻率進(jìn)行接觸。結(jié)果，改善了長(zhǎng)工件LW的變形校正效果。
另外，在該實(shí)施方式中，所得到的長(zhǎng)工件LW在整個(gè)工件中具有近似 均勻的金屬結(jié)構(gòu)，從而具有均一特性。
保持可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 i4b的上述轉(zhuǎn)速(即繼續(xù)第一冷卻步驟)直到 工件LW被冷卻到預(yù)定溫度范圍，具體地說(shuō)是冷卻到Pf溫度以下，在該 預(yù)定溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)工件LW很難產(chǎn)生大變形。當(dāng)長(zhǎng)工件LW在第一冷卻步 驟中被冷卻到低于馬氏體開始溫度(Ms溫度)的溫度時(shí)，由于形成的馬 氏體而可能會(huì)導(dǎo)致所謂的淬火裂紋?？紤]到該問(wèn)題，在第一冷卻步驟中 將長(zhǎng)工件LW冷卻到比Ms溫度高的溫度。
簡(jiǎn)言之，在第一冷卻步驟結(jié)束時(shí)，長(zhǎng)工件LW的溫度小于等于Pf溫 度而高于Ms溫度。優(yōu)選的是長(zhǎng)工件LW在第一冷卻步驟中被冷卻到正好 高于Ms溫度的溫度。在這種情況下，提高了長(zhǎng)工件LW的尺寸精度。
Pf溫度和Ms溫度在第一冷卻步驟之前根據(jù)連續(xù)的冷卻轉(zhuǎn)變曲線 (CCT曲線)獲得。例如，在使用S40CM作為長(zhǎng)工件LW的材料的情況下， 可以根據(jù)圖4所示的CCT曲線獲得其Pf溫度和Ms溫度。在圖4中，F(xiàn)s 表示幵始鐵素體形成的鐵素體幵始溫度，而Ps表示開始珠光體形成的珠 光體開始溫度。
在第一冷卻步驟中，當(dāng)冷卻時(shí)間過(guò)短時(shí)，長(zhǎng)工件LW仍具有較高溫度， 從而恢復(fù)到被加熱狀態(tài)，結(jié)果硬度降低。另一方面，當(dāng)冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)， 降低了處理效率。因而，在第一冷卻步驟中，將冷卻時(shí)間控制成使得長(zhǎng) 工件LW的硬度不降低并且處理效率也不降低。
該冷卻時(shí)間根據(jù)長(zhǎng)工件LW的直徑、重量和硬度來(lái)選擇。因而，不是 根據(jù)一個(gè)因素來(lái)確定冷卻時(shí)間。例如，當(dāng)長(zhǎng)工件LW由S40CM構(gòu)成并具有
直徑大約為20cm的圓柱形時(shí)，該冷卻時(shí)間可以為10至20秒。
在第一冷卻步驟之后，在第二冷卻步驟中通過(guò)從可移動(dòng)冷卻套噴灑 冷卻液同時(shí)降低可旋轉(zhuǎn)卡盤14a、 14b (以及長(zhǎng)工件LW)的轉(zhuǎn)速而進(jìn)一步 冷卻長(zhǎng)工件LW。在該第二冷卻步驟中，可以停止冷卻液的噴灑，并且冷 卻液的溫度可以比第一冷卻步驟中的低。
例如，第二冷卻步驟中的轉(zhuǎn)速可以等于加熱步驟中的轉(zhuǎn)速。因而， 在加熱步驟和第二冷卻步驟中該轉(zhuǎn)速例如可以是100或150rpm。優(yōu)選的 是，在加熱步驟和第二冷卻步驟中該轉(zhuǎn)速為180rpm。在這種情況下，可 以防止長(zhǎng)工件LW由于馬氏體轉(zhuǎn)變而變形。
在預(yù)定冷卻時(shí)間之后，結(jié)束全部感應(yīng)淬火處理。圖5中示出了在上 述歩驟中時(shí)間與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在圖5的實(shí)施例中，在加熱步驟和第 二冷卻步驟中轉(zhuǎn)速為180rpm,而在第一冷卻步驟中為250rpm。
所得到的長(zhǎng)工件LW變形很小或不變形，從而不必進(jìn)行用于去除變形 的冷變形消除工序。而且自然不需要用于檢測(cè)由于冷變形消除工序引起 的長(zhǎng)工件LW中的裂紋的磁力探傷工序。因而，提高了長(zhǎng)工件LW的處理 效率以及長(zhǎng)工件LW的生產(chǎn)效率。
盡管在上述實(shí)施方式中使用了 S40CM材料，但是長(zhǎng)工件LW的材料并 不受具體限制，只要其是鐵基合金即可。除了S40CM之外的材料的Pf和 Ms溫度等可以利用相應(yīng)的CCT曲線獲得。
另外，長(zhǎng)工件LW的形狀并不限于上述具有球形底面的圓柱形狀。長(zhǎng) 工件LW可以為具有多邊形底面的多邊形柱體形狀。底面可以具有不同的 形狀。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)含有鐵基合金的長(zhǎng)工件(LW)進(jìn)行淬火的感應(yīng)淬火方法，其中所述長(zhǎng)工件(LW)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)高頻感應(yīng)加熱而被加熱，并且當(dāng)所述長(zhǎng)工件(LW)在淬火中變形時(shí)，使校正輥(24a至24d)與所述長(zhǎng)工件(LW)接觸以對(duì)該變形進(jìn)行校正，所述方法包括加熱步驟，該加熱步驟在使所述長(zhǎng)工件(LW)以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)所述高頻感應(yīng)加熱將所述長(zhǎng)工件(LW)加熱至第一溫度范圍，在該第一溫度范圍內(nèi)形成奧氏體；第一冷卻步驟，該第一冷卻步驟在使所述長(zhǎng)工件(LW)以比所述第一轉(zhuǎn)速高的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將所述長(zhǎng)工件(LW)冷卻到第二溫度范圍，該第二溫度范圍高于馬氏體開始溫度且至多為珠光體結(jié)束溫度；以及第二冷卻步驟，該第二冷卻步驟在使具有所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度的所述長(zhǎng)工件(LW)以低于所述第二轉(zhuǎn)速的第三轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將所述長(zhǎng)工件(LW)進(jìn)一步冷卻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的感應(yīng)淬火方法，其中，所述第一轉(zhuǎn)速等于 所述第三轉(zhuǎn)速。
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的感應(yīng)淬火方法，其中，所述長(zhǎng)工件aw)為驅(qū)動(dòng)軸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)淬火方法，其中，所述加熱步驟、所 述第一冷卻步驟和所述第二冷卻步驟利用多個(gè)校正輥(24a至24d)以及 至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(22a， 22b)來(lái)執(zhí)行，所述旋轉(zhuǎn)軸(22a， 22b)用于軸 向支承所述校正輥(24a至24d)中的至少一個(gè)，并且彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
在鐵基合金長(zhǎng)工件(LW)在旋轉(zhuǎn)的卡盤(14a，14b)的作用下以給定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)高頻加熱線圈(16)對(duì)該長(zhǎng)工件進(jìn)行加熱，由此實(shí)現(xiàn)加熱步驟。在終止加熱之后的第一冷卻步驟中，在使長(zhǎng)工件(LW)的轉(zhuǎn)速增加的同時(shí)使該長(zhǎng)工件與第一至第四校正輥(24a至24d)進(jìn)行接觸，并且在該狀態(tài)下進(jìn)行冷卻使其下降到Pf溫度以下至Ms溫度以上的溫度范圍內(nèi)。該冷卻所花費(fèi)的時(shí)間優(yōu)選在5至10秒的范圍內(nèi)。在隨后的第二冷卻步驟中，將長(zhǎng)工件(LW)的轉(zhuǎn)速降低至優(yōu)選等于加熱時(shí)的轉(zhuǎn)速，并繼續(xù)冷卻長(zhǎng)工件(LW)。
文檔編號(hào)C21D1/10GK101379203SQ20078000406
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者峯村和男, 近澤幸浩 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社