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車輛零件熱處理與修復技術

為了解決汽車離合器的操縱方式的問題，作者孔春花等 這樣論述：

本書主要介紹了車輛零件熱處理基礎,軸類、曲軸、凸輪軸及其他車輛零件的熱處理生產實例,車輛零件熱處理缺陷分析和車輛零件熱處理電源、機床及工裝夾具。本書既注重原理闡述,更著眼於應用技術案例介紹,在《車輛零件熱處理技術及應用實例》的基礎上進行了合理的歸類。同時增加了近年來的工藝研究的案例,並配有豐富的圖表實例,實用性、針對性強,可用來指導工藝編制、生產調整等。 本書可供從事金屬材料及感應熱處理工藝、裝備設計、電氣設計的技術人員及其他有相關操作的人員閱讀,也可供大專院校金屬熱處理專業的師生參考。 第1章　車輛零件熱處理基礎1 1.1熱處理一般常識1 1.1.1熱處理常用術語1 1

.1.2金屬熱處理的工藝7 1.1.3鋼的分類14 1.1.4金屬材料的力學性能15 1.1.5熱處理變形的預防16 1.2感應熱處理一般常識16 1.2.1感應熱處理原理17 1.2.2高、中、超音訊電流17 1.2.3感應淬火最常用的鋼號17 1.2.4感應淬火對用鋼的要求18 1.2.5感應淬火的工藝控制18 1.2.6感應淬火有效熱的形成與測算21 1.2.7影響感應淬火零件力學性能的因素24 第2章　軸類零件熱處理實例28 2.1驅動軸類零件33 2.1.1零件號為5127290的動力輸出從動軸33 2.1.2卡特皮勒公司零件號為147-3310的驅動軸35 2.2花鍵軸類零件(機

油泵傳動軸零件)42 2.3十字軸類零件44 2.3.1長叉軸、短叉軸所用材料及工藝44 2.3.2頻率的選擇44 2.3.3工藝方案的確定45 2.3.4結論45 2.4空心軸類零件45 2.4.1簡介46 2.4.2LF80-90主離合器軸所用材料及工藝46 2.4.3結論49 2.5細長軸類零件49 2.5.1所用材料及工藝50 2.5.2採用的淬火工藝50 2.6多臺階大變徑軸類零件53 2.6.1動力輸出從動軸55 2.6.2前驅動軸66 2.7內搖臂軸類零件70 2.7.1概述70 2.7.2淬火工藝改進71 2.7.3工藝試驗結果分析72 2.7.4金相檢驗結果72 2.8半軸類

零件72 2.8.1叉車橋半軸的熱處理工藝74 2.8.2汽車、拖拉機半軸的熱處理77 2.9機油泵主動軸零件79 2.9.1所用材料及技術要求79 2.9.2高頻淬火工藝79 2.10空心搖臂軸零件80 2.10.1所用材料及技術要求80 2.10.2高頻淬火工藝81 2.11小四輪拖拉機前橋銷軸零件81 2.11.120Cr前橋銷軸熱處理工藝81 2.11.2前橋銷軸材料及熱處理工藝改進82 2.12長杆軸零件83 2.12.1所用材料及技術要求83 2.12.2中頻淬火工藝84 2.13台車輪軸零件85 2.13.1台車輪軸技術要求85 2.13.2台車輪軸淬火工藝改進85 2.14差速

鎖板叉軸零件87 2.14.1差速鎖板叉軸零件技術要求87 2.14.2差速鎖板叉軸零件高頻淬火工藝88 2.14.3淬火結果檢驗88 2.15大輪拖驅動輪軸零件88 2.15.1國內外技術現狀及存在的問題90 2.15.2專案性能指標要求及技術難點92 2.15.3驅動輪軸三種材料選擇及理化檢驗93 2.15.4七種結構驅動輪軸零件的感應淬火工藝研究98 2.15.5一種結構三種材料驅動輪軸的感應淬火工藝研究110 2.15.6工藝軸的靜扭試驗及淬火工藝113 2.15.71604驅動輪軸CAE(電腦輔助工程)分析123 2.15.8驅動輪軸零件裝車試驗研究131 2.15.9驅動輪軸鎖緊螺

紋孔承載能力試驗研究132 2.15.10成果的先進性和應用效果135 2.16動力輸出軸頭零件138 2.16.1動力輸出軸頭零件技術要求138 2.16.2動力輸出軸頭零件感應淬火工藝138 2.17支架銷零件139 2.17.1支架銷零件技術要求139 2.17.2支架銷零件熱處理工藝140 2.18提升軸零件142 2.18.1提升軸零件所用材料及其工藝142 2.18.2工藝試驗結果分析143 2.18.3結論144 2.1940Cr拐軸零件144 2.19.1前言144 2.19.2工藝試驗145 2.19.3結論146 2.20銷軸零件146 2.20.1前言146 2.20.2

材料及工藝147 2.20.3金相檢驗148 2.21拖拉機半軸零件149 2.21.1工藝調試及測試結果149 2.21.2測試結果分析151 2.21.3結論153 2.22惰輪軸零件153 2.22.1惰輪軸零件技術要求153 2.22.2惰輪軸零件感應淬火工藝154 2.23曲軸前後半軸零件154 2.23.1曲軸前後半軸零件技術要求154 2.23.2曲軸前後半軸零件感應淬火工藝155 2.24型號為1854.37.104的主動軸零件156 2.24.1型號為1854.37.104的主動軸零件技術要求156 2.24.2型號為1854.37.104主動軸零件感應淬火工藝157 2.2

5轉子軸零件158 2.25.1轉子軸零件技術要求158 2.25.2轉子軸零件感應淬火工藝159 2.26E300.39.118驅動軸零件160 2.26.1E300.39.118驅動軸零件技術要求160 2.26.2E300.39.118驅動軸零件感應淬火工藝160 2.27花鍵軸套(BⅡ4-051-1-75)零件161 2.27.1花鍵軸套(BⅡ4-051-1-75)零件技術要求161 2.27.2花鍵軸套(BⅡ4-051-1-75)零件感應淬火工藝162 2.28Fiat長短叉軸(885142040)零件163 2.28.1Fiat長短叉軸(885142040)零件技術要求163 2.

28.2Fiat長短叉軸(885142040)零件感應淬火工藝164 2.29後橋軸(54.38.610)零件165 2.29.1後橋軸(54.38.610)零件技術要求165 2.29.2後橋軸(802T.38.101)零件感應淬火工藝166 2.30轉向節主銷(15.31.114)零件166 2.30.1轉向節主銷(15.31.114)零件技術要求166 2.30.2轉向節主銷(15.31.114)零件感應淬火工藝167 第3章　曲軸零件熱處理實例169 3.1曲軸的表面強化處理169 3.2曲軸用鋼及鋼質曲軸的熱處理170 3.2.1曲軸用鋼170 3.2.2鋼質曲軸的熱處理170 3

.3球墨鑄鐵曲軸的熱處理172 3.3.1球墨鑄鐵曲軸的熱處理172 3.3.2球墨鑄鐵曲軸的熔煉172 3.3.3等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)在曲軸上的應用173 3.4不同表面強化方法對曲軸疲勞強度的影響174 3.5鍛鋼曲軸的製造技術174 3.6幾種型號曲軸的熱處理工藝175 3.6.1曲軸預冷工藝175 3.6.261500020012R曲軸正火177 3.6.3曲軸感應淬火工藝180 3.6.4一種合金鋼曲軸的熱處理工藝187 3.6.5曲軸圓角強化工藝190 3.7曲軸常用幾種感應器的結構設計案例199 3.7.1圓環感應器200 3.7.2鞍形感應器200 3.7.3靜止式曲軸感

應器(SHarP-C)201 第4章　凸輪軸零件熱處理實例202 4.1三缸凸輪軸204 4.2四缸凸輪軸208 4.3六缸凸輪軸209 4.4油泵PM凸輪軸滲碳程序控制210 4.4.1滲碳工藝研究210 4.4.2工藝調試及實驗結果211 4.4.3結論212 4.5三種凸輪軸感應器的結構設計案例212 4.5.1單圈感應器212 4.5.2雙圈感應器212 4.5.3八圈感應器213 第5章　其他車輛零件熱處理實例215 5.1齒輪類零件215 5.1.1齒輪材料215 5.1.2齒輪的熱處理216 5.1.3熱處理工藝對齒輪磨削裂紋的影響238 5.1.4大輪拖內花鍵孔零件縮孔原因

分析及復原240 5.1.5從動螺旋錐齒輪零件淬火241 5.1.6齒輪零件滲碳淬火244 5.1.7齒輪等溫正火工藝的探討246 5.1.8重型汽車後橋從動錐齒輪淬火工藝248 5.2齒圈螺母零件252 5.2.1齒圈螺母的技術要求253 5.2.2齒圈螺母淬火感應器的設計253 5.2.3齒圈螺母淬火夾具的設計253 5.2.4齒圈螺母淬火工藝254 5.2.5齒圈螺母淬火工藝數控程式設計255 5.3齒圈類零件255 5.3.1內齒圈類零件256 5.3.2外齒圈類零件263 5.3.3支承圈零件265 5.4鏟刀連接座類零件267 5.4.1鏟刀連接座凹球面高頻淬火成套關鍵技術的創新研

究267 5.4.2鏟刀連接座凹球面中頻感應淬火實驗內容303 5.5分離軸承座類零件305 5.5.1最初高頻淬火工藝306 5.5.2改進後高頻淬火工藝306 5.5.3結果分析307 5.5.4結論307 5.6內孔類零件307 5.6.1套筒類零件308 5.6.2套筒形內孔零件的高頻感應加熱表面淬火310 5.6.3薄壁套形零件315 5.6.4旋壓薄壁筒形類焊接零件的熱處理321 5.6.5薄片帶孔零件的熱處理324 5.6.6長內孔零件的感應淬火325 5.6.7主離合器分離套筒零件326 5.7撥叉、撥塊類零件327 5.7.1換擋撥塊327 5.7.2中倒擋撥叉328 5.7

.3Ⅲ-Ⅳ擋撥叉330 5.7.4665-1702103Ⅱ-Ⅲ擋撥叉330 5.7.5大輪拖LF80-90變速撥叉333 5.7.6解決淬火裂紋的措施335 5.7.7調速叉(696-YB452)零件338 5.7.8引出裝置操縱限位元叉零件339 5.8推土機刀片類零件340 5.8.14125機型上的左主刀片340 5.8.24125機型上的右主刀片342 5.8.34125機型上的副刀片343 5.9推杆類零件343 5.9.1球頭推力杆零件344 5.9.2Fiat80-90拖拉機1.89.5138997推杆零件348 5.9.3分離杆零件349 5.10杠杆類零件350 5.10.1

1.82/5129396杠杆350 5.10.21.89/5123965力調節長立杆351 5.10.3SZ804下拉杆熱處理352 5.10.4槽口類零件感應加熱淬火354 5.11螺杆零件的感應淬火工藝355 5.11.1工藝試驗及結果分析356 5.11.2結論360 5.12東方紅-150拖拉機的轉向機蝸杆零件360 5.12.1蝸杆材料選用及技術要求361 5.12.2蝸杆的滲碳工藝361 5.12.3蝸杆滲碳後的熱處理363 5.13小型拖拉機前橋轉向節主銷熱處理工藝363 5.13.1前橋轉向節主銷原調質工藝364 5.13.2前橋轉向節主銷調質工藝改進364 5.14轉向節主銷

中頻淬火工藝改進366 5.14.1概述366 5.14.2技術要求366 5.14.3淬火工藝367 5.14.4經濟效益369 5.14.5結論369 5.15等速萬向節類零件370 5.15.1等速萬向節鐘形殼感應淬火370 5.15.2球頭銷感應淬火372 5.16活塞銷滲碳淬火工藝改進374 5.16.1技術要求374 5.16.2熱處理工藝及存在問題374 5.16.3工藝改進375 5.16.4結論376 5.17動力輸出換擋撥銷零件376 5.17.1動力輸出換擋撥銷零件技術要求376 5.17.2動力輸出換擋撥銷零件感應淬火工藝376 5.18牽引拉杆支座銷零件377 5.1

8.1牽引拉杆支座銷零件技術要求377 5.18.2牽引拉杆支座銷零件感應淬火工藝378 5.19油缸銷(5142030)零件379 5.19.1油缸銷(5142030)零件技術要求379 5.19.2油缸銷(5142030)零件感應淬火工藝379 5.20氣門搖臂零件380 5.20.1氣門搖臂零件技術要求380 5.20.2氣門搖臂零件高頻淬火工藝381 5.20.3淬火結果檢驗381 5.21犁頭零件淬火381 5.21.1簡介381 5.21.2工藝試驗382 5.21.3結論383 5.22A31-25、A31-26彈簧零件淬火383 5.22.1簡介383 5.22.2試驗方法38

3 5.22.3理論分析385 5.22.4結論385 5.23球頭螺栓零件386 5.23.1球頭螺栓零件技術要求386 5.23.2球頭螺栓零件感應淬火工藝386 5.24專用六角螺栓零件387 5.24.1專用六角螺栓零件技術要求387 5.24.2專用六角螺栓零件感應淬火工藝388 5.25曲柄零件389 5.25.1曲柄零件技術要求389 5.25.2曲柄零件感應淬火工藝389 5.26縱向旋轉加熱整體淬火法390 5.27PC鋼筋熱處理392 5.28拖拉機減磨板零件的淬火夾具的改進394 5.28.1概述394 5.28.2工藝試驗395 5.28.3工藝試驗資料結果分析396

5.28.4結論396 5.29導磁體在環缺面零件高頻加熱淬火中的應用396 5.29.1感應加熱簡介396 5.29.2導磁體的定義及作用397 5.29.3導磁體在環缺面零件上高頻淬火應用397 5.29.4結論398 5.30一種導軌的超音訊淬火工藝398 5.30.1概述398 5.30.2機床鑄鐵導軌的技術要求399 5.30.3淬火方式399 5.30.4結論401 5.31拖拉機制動器壓盤表面強化技術401 5.31.1概述401 5.31.2專案工藝技術路線及大中輪制動器壓盤現狀402 5.31.3研究思路和技術方案411 5.31.4工裝設計413 5.31.5工藝試驗413

5.31.6專案所達到的目標426 5.31.7經濟效益及其他效益分析427 5.31.8結果分析427 第6章　車輛零件熱處理缺陷分析實例429 6.1發動機連杆失效分析案例429 6.1.1簡介429 6.1.2連杆用材和生產過程431 6.1.3脫碳、熱處理缺陷對連杆失效的影響431 6.1.4材料、加工缺陷對連杆失效的影響434 6.1.5維護及使用不當對連杆失效的影響453 6.1.6連杆瓦磨損抱軸的影響457 6.1.7連杆螺栓與連杆瓦干涉的影響458 6.1.8連杆油孔裂紋造成的疲勞失效459 6.1.9相關件損壞(如拉缸)引起的影響460 6.2齒輪零件失效分析案例460

6.3發動機曲軸斷裂分析470 6.3.1曲軸的受力470 6.3.2曲軸的失效形式案例470 6.4軸類零件失效分析案例490 6.5撥叉類零件失效分析案例494 第7章　車輛零件熱處理電源、機床及工裝夾具498 7.1感應加熱電路的調節及負載匹配498 7.1.1感應加熱電路的調節498 7.1.2變壓器和阻抗匹配502 7.1.3特殊電源的負載匹配與調節504 7.2感應加熱電源508 7.2.1頻率和功率的選擇方法509 7.2.2感應加熱電源的幾種類型511 7.2.3中頻感應加熱電源的常見故障523 7.3感應加熱的輔助設備527 7.3.1設備的冷卻系統527 7.3.2計時器

531 7.4感應線圈的設計與製作532 7.4.1感應線圈設計的基本原理532 7.4.2基本線圈的設計533 7.4.3常用線圈的變形設計536 7.4.4專用線圈544 7.4.5線圈製作559 7.4.6輸出電源線564 7.5磁通集流器、遮罩器和磁化器567 7.5.1磁通集流器567 7.5.2遮罩器570 7.5.3磁化器573 7.6感應加熱用機床案例574 7.6.1淬火機床的主要組成部分574 7.6.2GCK系列通用立式淬火機床576 7.6.3數控曲軸旋轉感應淬火成套設備576 7.7感應加熱的費用計算與分析577 7.7.1感應加熱的費用組成部分577 7.7.2與其

他熱處理費用的比較579 附錄1　中頻淬火機床感應加熱淬火時有效熱的形成與測算581 附錄2　高頻淬火有效熱的形成及測算583 參考文獻585 迄今為止，在汽車、拖拉機和工程機械等行業，軸類零件的感應熱處理工藝占到了相當大的比例。軸類零件採用表面感應淬火以提高其耐磨性和彎曲疲勞強度。但有些軸類零件因幾何形狀複雜，且沿零件表面輪廓均有硬度和淬硬層深度要求，採用一般的感應淬火法難以滿足要求，往往會出現淬火軟帶、裂紋等缺陷，甚至根本無法對零件實現感應淬火。 感應熱處理工藝是感應加熱技術水準的主要體現，是技術發展的基礎。先進的感應熱處理工藝技術可以有效地發揮感應加熱的特點，實現

高效、節能的局部熱處理。國內外感應熱處理新工藝主要有： （1）縱向感應加熱淬火　半軸縱向感應加熱淬火已用於汽車、拖拉機工業。半軸縱向感應加熱是一次淬火。在德國、美國有半軸一次淬火專用機床，將加熱、校正和淬火在一台機床上完成，提高了生產效率。一次淬火與連續淬火相同產量的設備占地面積各為40m2與115m2。 （2）曲軸頸圓角淬火　曲軸頸圓角淬火後，疲勞強度比正火的提高一倍，生產的康明斯與NH發動機曲軸均已採用此種工藝。 （3）低淬透性鋼齒輪淬火　早在20世紀70年代，就進行了55DT、60DT、70DT鋼研究並取得初步成果，但因鋼的淬透性不穩定等原因，低淬鋼未繼續用於生產。1992年俄羅斯

低淬鋼創始人，K.3ЩЕПЕЛЯКОВСКЦЦ博士來中國講學，並到某一鋼廠調查冶煉低淬鋼的條件，認為該廠完全具備生產低淬鋼的條件。YB2009—1981《低淬透性含鈦優質碳素結構鋼》中對合金元素的控制與俄羅斯不同，（俄）1054—74中58（55ПП）鋼的元素含量對Mn、Cr、Ni、Cu四元素之和規定要求＜0.5%（品質分數），而YB2009—1981中55Ti鋼對Cr、Ni、Cu三元素之和規定＜0.5%（品質分數），這可能是關鍵所在。 俄羅斯低淬鋼及控制淬透性鋼已大量應用於汽車、拖拉機後橋齒輪、挖掘機齒輪、傳動十字軸、火車車廂用滾動軸承、汽車板簧和鐵路螺旋彈簧等方面，取得了極大的經濟效益。

（4）感應電阻淬火　眾所周知，轉向齒條的齒部採用感應電阻法淬火，國內已有三台以上的進口機床在生產。英國一工廠將此工藝用於齒輪生產，發現淬火後齒輪基本不變形並可隨後進入裝配工序。 （5）曲軸軸頸固定加熱淬火　新設備稱為GrankproTM，用兩個半環形固定加熱感應器取代8字半環形旋轉加熱感應帶。此套設備能對曲軸軸頸進行淬火與回火，與老工藝相比，具有節能、占地面積小、工件變形小和感應器壽命長等優點。 近來，在感應熱處理的技術發展方面已經取得了長足的進步。例如天津高頻設備廠與日本電氣興業公司合作，生產了最新的IGBT和SIT全固態高頻電源，以及具有能量控制器的淬火設備；國內多家公司能生產性能

優良的晶閘管（可控矽整流器）中頻電源；一汽集團和其他兄弟廠家研製出一大批高效能的專用淬火機床。儘管如此，就感應熱處理技術的總體而言，與國際先進水準相比仍有較大差距，例如：在材料方面的低淬鋼、非調質鋼和可控淬透性鋼的應用；在淬火設備方面的數控技術、電腦管理及精密機械傳動技術的應用；在變頻電源方面的高品質、高可靠性的電氣元件的開發；新型水溶性淬火介質的開發和應用；精密感應器的製造技術等。為縮短這些差距，仍需國內同行付出巨大努力。 《車輛零件熱處理技術及應用實例》是2009年編寫的，當時感應熱處理工藝與裝備的水準還處於創新的中期，書中內容主要取材於拖拉機生產中（主要是中國一拖集團有限公司）熱處理方

面的40多年的經驗，並加以總結和提高，使其具有系統性和理論性。10餘年來，隨著國內外感應加熱裝備製造業的迅猛發展，以及新產品新工藝的不斷湧現，該書的觀點及熱處理方法發現有不完善之處。為了能對正在追趕國際先進水準的國內感應熱處理界，起到橋樑、導引、推介感應熱處理國際水準新技術的作用，筆者決定編寫本書以饗廣大讀者，以期相關的內容對於國內同行有新的啟發和對國內感應熱處理技術研究提供最新借鑒。 多年來，筆者在感應熱處理領域精耕細作，通過借鑒國外資料，提煉並整理出一套自己的感應淬火工藝理論，用來指導工藝編制；利用實驗和推導的方法，整理出發電機中頻淬火設備的調諧理論，用它來指導生產調整；還整理出各種感應

淬火品質問題的解決方法以及各種設備故障的分析和檢修方法等。這些理論和方法經生產實踐證明，是行之有效的。這些內容對於參與實際工作的同志和初涉感應淬火專業的新同志來說，肯定是有幫助的，這是它的實用性。本書還用較多篇幅介紹國內外本專業的新技術，例如曲軸旋轉淬火技術、半軸縱向整體加熱淬火技術、明顯提高零件強度的轉向節半圈感應淬火技術、淬火層完全仿形分佈的球頭銷淬火技術等。這些內容對於國內同行將有新的啟發，對正在追趕國際先進水準的國內感應熱處理界，能起到橋樑和導引作用，這是它的求新性。 本書在編寫過程中，受到了洛陽法拉地感應設備有限公司李志強總經理的大力支持，並撰寫了新增的第7章部分。 那些被引用文

獻的作者，如劉志儒、沈慶通、林信智等老前輩、老專家，他們為本書的編寫也做出了寶貴的貢獻。中國一拖集團有限公司工藝材料研究所蔡安克所長為本書編寫提供了很大幫助。筆者在此向對審校書稿付出艱苦勞動的諸位同志、向為本書提供幫助的諸位同志、向為本書做出貢獻的各位參考文獻的作者致以誠摯的謝意。 由於筆者水準有限，書中不妥之處，請讀者批評、鑒諒、指正，深深祝願感應熱處理專業技術人員及相關人員多出精品，為的感應熱處理事業創造輝煌的明天，也十分期待感應熱處理學術界和產業界的盛世春天早點到來！ 孔春花 2020.8