1.概述
十字轴是十字形万向接轴的重要零部件（见图1），其材料常选用15CrNi4MoA钢，最终热处理工艺为渗碳淬火，因材料Ni含量（质量分数）高达4%～4.5%，Ni和Fe能无限固溶，扩大奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，会降低马氏体转变结束温度Mf点至室温以下，淬火后还会保留相当数量的残留奥氏体，加之渗碳后，渗碳层奥氏体碳浓度很高，达到0.7%～0.9%，碳含量高也会使残留奥氏体量增加。因此，其淬火后组织中有大量残留奥氏体（见图2），奥氏体是一种硬度很低的相，会导致硬度降低，使十字轴渗碳淬火后硬度只能达到55HRC左右。十字轴的轴颈直接与轴承滚子装配使用，而轴承滚子的硬度通常都在60HRC以上，由于十字轴硬度偏低，常导致十字轴被高硬度的轴承滚子快速磨损，发生表面剥落失效。
图1 十字轴结构
图2 15CrNi4MoA钢残留奥氏体
为提高十字轴的渗碳淬火硬度，常用方法是在渗碳淬火后增加一道深冷处理工序，使残留奥氏体继续转变成马氏体，减少残留奥氏体量，增加马氏体量，从而提高硬度。但深冷处理成本较高，深冷时间较长，因此本文从另一个方向进行探索研究，将渗碳淬火后的十字轴进行感应淬火，分析渗碳淬火加感应淬火工艺对硬度、金相组织、淬硬层硬度梯度的影响，并讨论该工艺的应用方向，为该类零件的热处理工艺提供另一种参考方法。
2.试验材料及方法
试验选用十字轴材料为15CrNi4MoA钢，其化学成分如表1所示。 生产工艺流程：锻造→正火、回火→粗车→探伤→半精车→渗碳→淬火、回火→感应淬火→精车。十字轴渗碳淬火工艺如图3所示。
表1 试验15CrNi4MoA钢化学成分（质量分数） （%）
注：1ppm＝1×10-6。
images/BZ_30_909_1331_2161_1409.png0.16 0.25 0.55 0.01 0.004 0.8 4.1 0.28 0.10 0.3ppm 16ppm 70ppm
十字轴经渗碳淬火后，在其中一个轴颈上进行感应淬火，采用套圈连续加热的方式进行，由于十字轴渗碳淬火加低温回火后，其表面组织为高碳回火马氏体，组织应力较大，在这种状态下进行二次淬火，容易出现淬火裂纹，为了解决此问题，感应淬火采用自冷的方式进行冷却。该十字轴轴颈直径为250mm，因直径较大，能够较为快速的吸收感应淬火时表面加热层的热量，使表层具备一定的冷却速度，同时15CrNi4MoA钢因含有很高的合金元素，使CCT曲线右移，增加过冷奥氏体分解的孕育期，使奥氏体有充分的时间转变为马氏体，基于这两点，感应淬火采用自冷的冷却方式，既可以避免冷却速度过快造成热应力过大而产生淬火裂纹，又能保证达到淬火的效果。感应淬火具体工艺参数如表2所示。
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表2 感应淬火工艺参数
淬火温度/℃电流频率/Hz 电流/A 电压/V 扫描速度/mm·min-1冷却方式 回火860～880 4500 400～410 410～420 100 自冷 自回火
为检验渗碳淬火加感应淬火的效果，首先，对感应淬火后的轴颈进行PT探伤，确保不会出现淬火裂纹；其次，分别在十字轴本体轴颈上取样，并对试样编号，1#为渗碳淬火试样，2#为渗碳淬火加感应淬火试样，并对本体进行表面硬度检测，对试样进行渗碳层深度、金相组织检测。
项目出图使用定长编辑功能分割配管，配管分割完成后进行编号，并进行配管加工统计、加工图的输出。实际在安装过程中，需要按编号顺序一一安装，既不可以跳装，也不可以分段装，否则段与段之间连接会出现困难，直接影响系统和管路整体性能。加工图输出的时候，图上管道分段长度的精确度很重要，尺寸若有误差，管道切割好后无法安装，费时、费料、费工。加工管道的切割算法，以图3为例： 图中管线2806mm尺寸为管件至管件长度，不是预算量也不是实际量，无指导意义。3000mm为安装预算量为计算规则，中心到中心，但也不是加工管道尺寸。实际加工尺寸还要考虑设置螺纹线的数据，根据标准规范，设置丝扣深度。如图4 所示。
3.试验结果及分析
（1） PT探伤检测 对渗碳淬火加感应淬火后的轴颈进行PT探伤，未发现裂纹。
对于霜霉病的防治应在发病初期及时进行喷药治疗，可以选用75%的百菌清可湿性粉剂600倍液、40%灭菌丹可湿性粉剂400倍液、70%代森锰锌可湿性粉剂500倍液、58%甲霜灵锰锌可湿性粉剂500倍液、40%的乙磷铝可湿性粉剂200～300倍液进行轮换使用，每隔一周左右喷药一次，喷药3次左右即可。
（2）表面硬度检测 分别检测渗碳淬火轴颈和渗碳淬火加感应淬火轴颈的表面硬度，其结果如表3所示。
表3 硬度检测结果
检测位置 硬度HRC 平均硬度HRC渗碳淬火轴颈 56.5、57.1、56.2、55.7、57、56.3 56.5渗碳淬火加感应淬火轴颈 60、59.5、60.5、60.2、60.4、60.6 60.2
从表3的检测结果可知，渗碳淬火后的十字轴表面硬度只能达到56.5HRC，若在此硬度值状态下直接使用，会严重影响产品的使用寿命，而经过渗碳淬火加感应淬火的十字轴表面硬度有显著的提升，可达到60.2HRC，与轴承滚子的硬度值相当，是十字轴使用的最佳硬度值。
（3）硬化层深度检测 分别对1#渗碳淬火试样和2#渗碳淬火加感应淬火试样使用显微维氏硬度计检测硬化层深度，检测结果如表4所示，硬度梯度曲线分布如图4所示。
表4 硬度梯度分布
距离/μm 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400 1#试样硬度HV1 580.4 580.4 588.3 574.6 578.4 578.4 563.2 561.3 543.1 2#试样硬度HV1 559.4 687.1 710.4 702.5 705.1 697.3 677.1 653.1 641.6
图3 十字轴渗碳淬火工艺
图4 硬度梯度分布曲线
根据硬度梯度分布曲线可知，15CrNi4MoA钢十字轴在渗碳淬火后再进行感应淬火，硬化层的硬度值有显著的提高，至表面2.4mm距离处的硬度还有700HV1（60HRC）左右，大于2.4mm后，硬度随着碳含量的降低而逐渐降低。根据GB/T9450— 《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》 规定要求，以550HV1为有效硬化层界限硬度值，其有效硬化层深度从3.27mm提高到4.68mm。
（4）金相组织检测 分别对1#渗碳淬火试样和2#渗碳淬火加感应淬火试样进行金相组织检测，结果如图5所示。
图5 十字轴不同工艺热处理后金相组织
按GB/T25744—《钢件渗碳淬火回火金相检验》进行评级。
本发明提供了一种锑金属的提取方法。该提取方法包括对氧化锑粉尘进行还原熔炼得到锑金属的步骤，且该还原熔炼的步骤在电热还原装置中进行。采用电热还原的方式替代传统反射炉还原，这一方面能够大大提高热效率，降低能耗；另一方面还能够大大提高熔炼强度，简化还原过程，大大减少还原装置的数量。从而能够解决传统反射炉还原工艺中存在的环保性差、能耗高、回收率低等诸多问题。公开/公告号：CN108456790A 申请/专利权人：中国恩菲工程技术有限公司 锡矿山闪星锑业有限责任公司
由图5a、5b可知，工件表层有一定脱碳层，而表层脱碳是导致表层0.6mm深度内硬度偏低的主要原因。
由图5c、5d可知，1#渗碳淬火试样淬硬层马氏体级别为4级，针状马氏体针长在8～13μm，残留奥氏体为4级，含量在18%～25%，碳化物级别为1级，无或极少量细颗粒状碳化物；2#渗碳淬火加感应淬火试样淬硬层马氏体级别为2级，细针马氏体针长在3～5μm，残留奥氏体为1级，含量≤5%，残留奥氏体量显著减低，碳化物级别为2级，细颗粒状碳化物加稍粗的粒状碳化物。
由图5e、5f可知，心部均为回火贝氏体组织，因此渗碳淬火后加感应淬火工艺对心部组织没有影响，不影响心部强度。
1.2 方 法 以问卷方式收集受调查者人口学信息，高血压、糖尿病、高脂血症、高尿酸血症和痛风、肾脏病等慢性疾病史和家族史，是否自愿行尿液检查，参加健康体格检查频率，最关注的慢性疾病，以及获得肾脏健康知识的途径。其中，肾脏病患病情况分为“少见”“一般”“常见”。
奥氏体是一种硬度很低的相，淬硬层中大量残留奥氏体是导致15CrNi4MoA钢十字轴渗碳淬火后硬度低的主要原因，渗碳淬火后增加感应淬火，其残留奥氏体量减小，马氏体针变细，以及粒状碳化物的出现是使淬硬层硬度提高的主要原因。
4.讨论
（1）渗碳淬火加感应淬火原理分析 15CrNi4MoA钢十字轴渗碳后，其表面碳含量达到0.8%左右，并随着距表面距离的增加，碳含量逐渐降低,直至基体碳含量为0.16%左右，渗碳层的高碳含量是15CrNi4MoA钢十字轴能够通过感应淬火提高硬度的基础。
渗碳层在感应淬火时被快速加热，加热速度380～400℃/s，奥氏体形核率急剧增大，且奥氏体形成后没有晶粒长大的时间，因此淬火的初始奥氏体晶粒度均为14～15级的超细化晶粒，淬火冷却后形成高碳细针状马氏体，其硬度比普通淬火时高2～6HRC，这种现象被称为“超硬度”。此外，对在渗碳后普通淬火时残留奥氏体较多的钢种（如18CrNiW、20Cr2Ni4A钢等），采用感应淬火时（因溶入奥氏体的碳化物数量不多），可以起到减少残留奥氏体的作用，并可以使淬硬层深度大于渗碳层。感应淬火减少残留奥氏体，其原理为奥氏体在被快速加热、短时保温的情况下，碳来不及充分溶解到奥氏体中，淬火后以碳化物的形式弥散分布在组织中，而奥氏体碳含量降低，可以降低淬火后的残留余奥氏体量，碳含量和残留奥氏体的关系如图6所示，碳含量越低，残留奥氏体量就越少。组织的改善使淬硬层的整体硬度值都被提高，在相同硬度界限值时，硬化层深度相应增加，而十字轴心部不受感应淬火的影响，依然保留回火贝氏体组织，具备良好的力学性能。
图6 碳含量对残留奥氏体量的影响
（2）渗碳淬火加感应淬火应用讨论 第一，感应淬火时，碳浓度达到0.35%左右，淬火后就可以达到界限值硬度550HV1，而整体淬火时，碳浓度需达到0.45%左右，淬火后才能达到界限值硬度550HV1。以本文中的十字轴为例，要求硬化层深度最小值为3mm，在仅采用渗碳淬火工艺时，就要求工件在距表面3mm处的碳含量达到0.45%，而采用渗碳淬火加感应淬火时，要求工件在距表面3mm处的碳含量达到0.35% 即可，这就意味着，采用渗碳淬火加感应淬火工艺，达到相同的硬化层深度所需的渗碳时间更短，从而可以降低生产成本。
3、分闸线圈的原因。如果由于分闸线圈在操作次数上使用过多，导致温度过高而烧毁，或者由于分闸后线圈的内部铜套并不圆，或者不光滑、有毛刺等状况都会产生卡阻，影响操作机构的顺利分闸。
第二，十字万向接轴因其使用载荷大，十字轴的使用寿命一般在1～2年，在返修的十字万向接轴中，拆解的十字轴的失效形式以表面磨损剥落为主，磨损剥落深度在0.5～1mm，加工去掉剥落层后，硬化层深度减小，硬度降低，无法直接二次使用，目前可用的十字轴修复手段只有重新渗碳淬火，但重新渗碳淬火存在着渗碳工艺难以确定、工件表面的油污难以清理、变形量大、成本高等问题，修复工艺难度较大，所以很少采用。目前我厂十字万向节修复中的十字轴基本都是直接报废，因此造成很大的成本浪费。但若采用感应淬火的方法进行修复，则十分方便，首先感应淬火属于局部表层加热，其热处理变形量很小，且成本很低，拆解后的十字轴直接进行感应淬火，淬火后经车加工去除磨损剥落部分，从图4可知，感应淬火后的十字轴在去除1.5mm余量后，其硬度依然达到700HV1（60HRC）左右，且硬化层深度也大于3mm，均能满足设计技术要求，从而可以节约大量生产成本。
5.结语
（1）15CrNi4MoA钢十字轴渗碳淬火加感应淬火，可以有效提高工件表面硬度至60HRC左右，并整体提高硬度梯度值，增加硬化层深度，改善硬化层的金相组织。
（2）渗碳淬火加感应淬火工艺用在15CrNi4MoA钢十字轴修复中，比重新渗碳淬火处理更加便捷，且节约成本。
参考文献：
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