风电内齿圈感应淬火工艺的过程控制

　　内齿圈是风电齿轮箱行星级传动机构的重要组成零件。目前，在内齿圈的选材和热处理硬化方式上，国内外风电制造商的标准并不统一。总体来说，依据材料的不同，内齿圈的热处理硬化方式可分为渗碳、渗氮和感应淬火等^[1-3]。与渗碳相比，内齿圈感应淬火工艺具有生产周期短、能耗低、变形小等优点; 与渗氮相比，内齿圈感应淬火工艺具有生产周期短、硬化层深、能承受较大接触应力和冲击载荷等优点。本文结合实际生产情况，从原材料控制、感应器制作、加热因素控制、冷却因素控制和质量检验等方面，对风电内齿圈感应淬火工艺的过程控制做了详细介绍。

　　1 风电内齿圈感应淬火的质量要求

　　热处理工艺过程控制的目的是为了获得良好的热处理质量。因此，首先需要了解内齿圈感应淬火处理的质量要求。可依据ISO6336-5:2003《直齿轮和斜齿轮承载能力的计算第5部分:材料的强度和质量》^[4]和JB/T9204-2008《钢件感应淬火金相检验》^[5]建立风电内齿圈感应淬火处理的质量标准，表面硬度和有效硬化层深度依据设计图纸要求给出。表1为一种14m风电内齿圈感应淬火处理的质量要求。

　　2 原材料的控制

　　原材料对感应热处理的影响很大，如钢材夹杂、折叠、碳偏析、锻造微观缺陷等引起淬火裂纹，碳含量偏低或脱碳会引起淬火硬度不足等。因此，感应淬火工艺的过程控制首先应从原材料控制开始。适用于感应淬火工艺的内齿圈常用材料有42CrMoA、4140H、4340H等优质中碳合金钢。内齿圈锻件的制造工艺一般为锻造+调质+粗车或锻造+正火+调质+粗车^[6]，锻造用原材料可使用大规格锻材或铸坯。由于内齿圈原材料涉及钢材冶炼、轧制、锻造和热处理多道工序，控制点众多，因此必须制定严格的原材料控制计划。目前，制造企业常用的原材料控制手段为采购方与原材料供应商签署技术协议，由原材料供应商提供质保书和检验用样钢，采购方依据技术协议制定来料检验计划，对原材料进行入厂检测。在技术协议中，需对原材料的化学成分、淬透性、晶粒度、显微洁净度、低倍组织、带状组织、调质组织、无损探伤、锻造比、表面硬度和力学性能等做出明确规定。内齿圈前序(如粗车、滚齿、倒角等)的加工质量同样会对后续感应热处理质量造成影响。如果齿圈内径粗车的横向刀痕过深，感应热处理时有可能在刀痕处出现横向裂纹; 如果未倒角或倒角过小，感应热处理时有可能在尖角处发生熔化或开裂。因此，内齿圈感应热处理前，应对前序来料进行100%目测检验，确保来料的表面状态符合要求。