圖1為一種汽車凸緣軸結構示意，圖中所示區域要求進行感應淬火，且凸緣及端面的淬硬層要求連續。一般情況下，零件局部表面淬火后的殘余應力分布規律為：淬硬區為壓應力，而過渡區將由殘余壓應力轉為拉應力，經自回火或回火后，殘余應力可降低l～2倍。因此可見，在局部表面淬火時，決不可使硬化層終止在軸的危險斷面或有應力集中的地方。例如軸頸圓角處是應力集中的地方，如果硬化層在此處終止，則過渡區的張應力與應力集中疊加，易造成零件的早期疲勞損壞。圖2a所示硬化層不合理分布，如改為圖2 b的正確分布形式，軸肩的危險斷面不僅因表面硬化而得到強化，還因殘余壓應力而減小應力集中系數，因而可使疲勞強度得到大幅度提高。

1.一種汽車凸緣零件技術要求

該凸緣零件的材料是40Cr，預備熱處理為調質，硬度260～300HBW；硬化層深為1.0～2.0mm；硬度為50～55HRC；金相組織為7～8級馬氏體；高頻感應淬火區（圖1中虛框線內）硬化層深1.0～2.0mm，為避免花鍵淬火裂紋，端面徑向硬化區域4～5mm（圖1中A端面）。

現行的機加工藝流程：毛坯退火→鉆孔→車小端外徑→車大端面至光潔、車內孔→車小端面→粗、精拉花鍵→車外圓、切槽→車、絞叉部孔→倒角→鉆螺紋底孔→攻螺紋→切卡圈槽→檢驗。

2.存在問題及注意事項

（1）帶凸緣的軸或軸頸，硬化區最好從凸緣根部R圓角處開始，以保證獲得最好的疲勞壽命。如根部不需要淬硬，硬化區距圓角處距離應為5～8mm，以避免過渡區的拉應力出現在應力集中部位。

（2）花鍵軸施行花鍵全長淬火時，硬化區應超過花鍵全長的10～15mm，即硬化區超過其應力集中部位。

（3）階梯軸的階梯小于3mm（D/2－d/2<3）時，允許采用同一感應器連續淬火，但不同直徑過渡時，零件在感應器內的移動速度應有所不同。

（4）當階梯軸的階梯大于3mm時，軸上的硬化區應分段處理。對疲勞強度要求較高的軸，其大小軸頸R圓角過渡處可采用滾壓或噴丸處理來改善和提高該處的疲勞強度。

綜上所述，圖1中不僅要求A端面淬火，同時要求A端面和臺階B處淬硬層連續成一體，對其感應器設計及淬火工藝調整有很大的難度，故進行了如下的工藝試驗研究。

3.工藝

（1）感應器及夾具設計??根據階梯軸的階梯（D－d）/2=（64－44）/2=10mm，則軸上的硬化區應分段處理，故設計成如圖3所示的分段式感應器，夾具設計如圖4所示。

（2）熱處理工藝??根據圖樣要求，凸緣淬火后的硬化層深為1.0～2.0mm，故選用的是中頻感應淬火機床，如圖5所示。

加熱電源參數：

頻率為25kHz；電壓：360-520，3 ph Vac，功率為100kW；淬火液流量為3.8～3.9m3/h；加熱時間為3.8s；噴液時間為6s；感應器與處理面間隙：距端面A為1mm。淬火后硬度為55～57HRC，試驗過程及金相取樣如圖6、圖7所示。

凸緣零件淬火后經磁粉探傷檢測，未發現缺陷磁痕顯示。

金相檢驗結果如圖8所示。

4.結果分析

（1）φ62mm軸頸3mm倒角處淬硬層為0.5mm（技術要求：1.0～2.0mm），不合格；從φ62mm軸頸下端15mm處淬硬層為2.4mm（技術要求：1.0～2.0mm），不合格。

由于該零件上同時有端面及凸緣兩個感應淬火疑難結構的存在，而上述部位的存在，在實施局部感應淬火時，易產生尖角效應，即在局部感應淬火時，位于尖角處的電流密集，易產生過熱或過燒現象，甚至產生淬火裂紋，故感應加熱工藝存在一定難度。

（2）由于φ62mm軸頸加熱溫度高，而φ62mm軸頸3mm倒角處加熱溫度低（加熱顏色偏暗），在感應器下端整體位置上移5mm，同時將φ62mm軸頸與感應器內壁處間隙加大1.5mm進行試驗，最終使問題得以圓滿解決（臺階處加熱時間由原來3.8s增加至4.2s）。

5.結語

（1）通過一發法感應器的設計，避免了凸緣處的電流密集導致過熱、過燒，甚至淬火裂紋的產生。?

（2）通過調整感應器間隙大小及加熱冷卻時間等工藝參數，使凸緣處感應淬火的淬硬層深度得到有效的控制，且淬硬層連續，分布均勻，繼而提升了淬火質量。

（3）通過定位夾具使凸緣的加熱位置得以控制，使其在感應淬火過程中旋轉定位加熱，進一步確保了淬火質量，且操作方法簡單可靠，易于實施，質量穩定，效率高，具有很好的應用價值。?

（4）程序編制合理，配合優化的工藝參數，滿足了凸緣所需的淬火硬度、淬硬層深度以及淬火均勻性，且淬火后變形小，達到了產品設計要求，提高了產品質量。