花键轴是机械传动系统中用来传递轴与轴之间运动和扭矩的零件，在轴的外表有纵向的键槽，套在轴上的旋转件也有对应的键槽，可保持与轴同步旋转，广泛应用在汽车、摩托车、拖拉机、机床及工程机械等领域。
铁路建设是集企业利益和社会效益于一体的系统工程，线路方案、车站的选择涉及企业、社会各方的利益。由于很难兼顾各方的全部意见，选择推荐合理、可实施的方案，总体除需具备很高的政策水平和很强的业务能力外，还需具备出众的组织沟通协调能力，特别是要与业主保持良好的沟通，真心实意当好业主的参谋。
某车间生产的花键轴，经高频感应淬火、回火、校直后装配使用，在客户使用过程中发生磨损失效，本文对失效的花键轴进行了原因分析，并根据分析结果对感应淬火工艺进行改进，防止类似问题再次发生。
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（1）花键轴材料 花键轴（见图1），采用45钢制造，其材料化学成分要求执行GB/T699—2015《优质碳素结构钢》标准。
图1 45钢制花键轴
（2）花键轴技术要求 花键轴长410mm范围内感应淬火，要求淬硬层连续且有效硬化层深度≥1.2mm，花键表面硬度≥50HRC，轴颈硬度≥42HRC，轴颈处对两端中心孔的径向圆跳动≤0.10mm。
花键轴加工工艺流程：下料→锻造→调质→粗车→精车→车螺纹→铣花键→感应淬火→低温回火→校直→磨外圆→防锈处理→成品入库→装配。
（1）设备 花键轴感应淬火采用高频ZP-65型电源，GCLY1040数控淬火机床，回火采用低温井式电阻炉，型号为RJ2-35-6，校直设备为10TY41-10A校直机。
（2）热处理工艺 感应淬火：感应器为自制φ8mm铜管匝成4×φ65mm圆环感应器，实物如图2所示，匝间距离3mm，喷水圈内径9 0 m m，喷水角度45°；电参数为电流180～220A，频率19～20kHz，淬火时，螺纹端向下装载，起始加热位置为φ40mm花键端部，零件移动速度为F460，预热2s后开始连续淬火，在φ40mm与φ50mm花键变径处延时加热2s，轴颈处冷却延时6s，淬火冷却介质为PAG淬火剂。
回火：180℃，保温120min，出炉空冷。
图2 圆环感应器实物
图3 花键轴失效部位
（1）宏观形貌观察 图3为失效零件，通过观察发现失效部位集中在φ50mm花键中间处，该处花键变形严重且形变方向保持一致，已失去原花键形貌，其他部位无异常情况。该失效位置与花键轴配合的零件为高低档啮合套，对其外观检查时未发现有磨损等异常现象。检查啮合套材料为20CrMnTi，热处理工艺为渗碳淬火，渗碳淬火有效硬化层深度为0.7～1.0mm，表面硬度58～64HRC，心部硬度31～44HRC，喷丸强化。
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（2）化学成分分析 采用线切割方式，在花键轴失效部位取样，做化学成分分析，结果如表1所示，所测得结果符合GB/T699—2015相关要求。
（3）硬度分析 对失效零件进行硬度分析，如图4所示，沿箭头方向分别设置1、2、3、4、5测试点，对零件不同位置进行硬度分析的结果如表2所示。
表1 花键轴化学成分（质量分数） （%）
元素 C Si Mn Cr P S标准值 0.42～0.50 0.17～0.37 0.50～0.80 ≤0.25 ≤0.35 ≤0.35测定值 0.44 0.28 0.73 0.012 0.029 0.03
图4 花键轴不同位置的硬度分布
表2 零件不同位置的硬度值
测试位置硬度HRC失效处（切面）大花键中间1大花键边缘2花键变径处3小花键中间4小花键边缘5零件表面 50 51 51 50 50 51
表3 失效件淬硬层深度分布情况
淬火部位 φ50mm花键φ40mm花键 轴颈处 φ50mm与φ40mm连接处淬硬层深度/mm 1.0 0.9 0.9 无组织级别/级 8 8 7 —
从表2结果可看出，经过感应淬火、回火后零件表面硬度值均匀，虽符合零件硬度要求，但硬度偏低，在图样要求下限范围。
最后，道德作为一种核心文化整合不同阶层的文化冲突。道德最重要的功能与作用就是调整个体之间以及个体与社会之间的关系。道德文化价值是维系一个民族、一个社会共同价值追求的思想纽带，具有强大的文化整合力。在当前社会转型的特殊时期，利益主体多元化，各阶层之间的文化冲突愈发明显。社会主义道德以实现最广大人民群众根本利益为目标，应该发挥其协调各个阶层利益冲突的功能与作用。 在协调各个阶层利益冲突的同时，化解其文化冲突，将其整合到中国特色社会主义文化这个先进文化之中，建设民族的科学的大众的社会主义文化，推动社会主义精神文明和物质文明协调发展。
（4）金相组织观察及淬硬层深的确定 在失效部位制取金相试样，经4%硝酸酒精腐蚀，用金相显微镜观察，表层金相组织为微细马氏体和少量铁素体，依据JB/T9204—2008《钢件感应淬火金相检验》评定，显微组织为8级，符合显微组织3～9级的技术要求。
按照GB/T5617—2005《钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定》中方法测量失效零件的有效硬化层深度结果如表3所示，结果说明，经过高频感应淬火、回火后，零件有效硬化层深度未达到要求，且变径处层深不连续。失效件淬硬层宏观形貌如图5所示。
（5）淬火冷却介质的冷却特性检验 高频淬火时所用的淬火冷却介质为AQ251，查原始记录，其生产过程中淬火冷却介质浓度约为13%，冷却特性如表4所示。
从表4可看出，该淬火冷却介质无变质老化现象，但因其浓度较高，低温阶段的冷却速度偏低，一定程度上影响了产品的淬硬层深和表面硬度。
图5 失效件淬硬层宏观形貌
表4 淬火冷却介质的冷却特性
最大冷却速率/℃·s-1 124.4最大冷却速率所在温度/℃ 538.4在300℃时冷却速率/℃·s-1 76.3冷到600℃时间/s 8.9冷到400℃时间/s 10.6冷到200℃时间/s 13.5
（6）回火炉的温度检验 利用热电偶、测量仪等仪器检验回火炉的温度均匀性和温控精度，均满足使用要求。
从各项检测数据分析结果可知，花键轴表面磨损失效与其化学成分、硬度均匀性、相配件无关。但从表3的有效硬化层深分布可知，零件的感应淬火有效硬化层深度未达到要求范围，且在变径处淬硬层不连续，降低了感应淬火表面高硬度、高耐磨的特性，是导致花键轴磨损失效的直接原因。
感应淬火有效硬化层深度不够、硬度偏低，表明在高频感应淬火时，加热时间短，加热表面与感应器间隙过大，单位表面功率低，使感应加热温度降低，淬火组织中存在铁素体；加热结束至冷却开始的时间间隔太长，喷液时间短，喷液压力不够，淬火冷却介质的最大冷却速度偏低，综合结果导致硬化层深未达到要求；而与花键轴相配合的啮合套为20CrMnTi材料，属于渗碳淬火工艺，啮合套渗碳淬火后表面高硬度、高耐磨，在于其配合过程中，两者硬度差值较大，在使用咬合过程中，低硬度的花键轴在长时间应力作用下发生磨损失效。
（1）热处理设备 采用中频KGPS250/8000晶闸管电源，GCLY1225数控机床，设备频率为1～8kHz，最大输出功率为160kW；感应器与轴的间隙5mm为准，以最大轴颈50mm计算，确定感应器内径为60mm，高度为20mm，喷水圈与感应器间距15mm，喷水孔向下倾斜15°，喷水圈内径90mm，喷水过程不影响加热效果。感应器实物如图6所示。
（2）热处理工艺参数的理论计算及优化 加热频率根据淬火深度要求，按淬火机床设备给出的经验公式来确定。
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感应频率：f最佳≤62500/X2 ，X为要求的淬硬层深度，考虑到变径处淬硬层深连续的问题，将淬硬层深按3～4mm计算，f=62500/（3～4）2＝6944～3906Hz，试验优化后取6000Hz。
电源功率：电源功率用PE＝ρF/ηnητ，选φ50mm作为功率基准进行计算，F为一次淬火加热面积，F＝πD h＝3.14×50×20=3140mm2＝31.4cm2，ρ为比功率，一般取1.0～2.0；ηn为感应器效率，一般为0.7～0.85，取ηn为0.75；ητ为变压器效率，一般0.7～0.8，取ητ为0.7。所以P＝（1～2）×31.4/0.75×0.7＝59～119kW，根据实际中频设备可选功率100kW。
零件移动速度：零件移动速度计算公式v＝h/t（mm/s），其中h为感应器高度20m m，t为零件通过感应器达到温度所需时间，一般t＝3 s，v＝20/3=6.66mm/s。
所用数控机床F＝72v=479，优化后φ50mm花键、φ40mm花键移动速度为F460、F400、上端光轴处F360。
电参数：电压400～450V，变压比为10∶1，电容3个。
一是先行学校传经，培训带动骨干。在区域性推广儿童阅读之前，区域内已经有学校在开展儿童阅读，而且做得相当好。金牛区多次组织儿童阅读指导现场会，利用已有的学校课外阅读资源进行骨干培训。
河道整治主要解决两方面的问题，即改善生态环境与农业发展条件。应将改善农业发展条件作为首要工作。这是因为对于农民群众而言，经济收入是最重要的事情。要改变农民群众对河道管理的看法，应从他们最在意的环节入手。当整治河道给农民群众带来实实在在的经济效益后，农民群众的积极性也会相应提高，从而更容易响应号召和重视生态问题。因此，应将疏通河道作为重点发展内容，改善农业发展受阻的局面，实现经济效益、社会效益与生态效益的高度统一。
淬火方式采用连续加热淬火、喷液冷却的淬火方式，淬火液采用0.3%聚乙烯醇。测其淬火冷却介质的冷却特性，最大冷却速率为vmax＝159.6℃/s，v300＝95.2℃/s。
装载时，螺纹端向下，预热3s后以F400速度开始移动淬火，在变径处延时1s后以F460速度移动至花键末端，加热延时2s后以F320速度移动至轴颈末端，然后以F1000速度下落至喷水盒内，喷液延时15s。
在教学环节中，潜意识具有重要的作用，能够暗示学生的心理，规范学生的行为，促进学生的认识过程。因此，教师要采取有效的措施来开发学生的潜意识。教学环节中，教师要为学生构建积极暗示的教学环境，多采用暗示教学法，以此来启发学生的潜意识，同时还要培养学生有节奏地思考，加强学生的心理训练，通过一些特定的训练方法来培养开发学生的潜意识，从而促进教学效率的提升。
图6 感应器实物
（3）优化结果 零件淬火后探伤检测，结果无缺陷显示；显微组织级别检验及淬硬层深度及区域分布检测结果如图7、表5所示，从中可以看出，φ50mm花键、φ40mm花键及轴颈段淬硬层满足产品技术要求，且台阶处感应淬火硬化层连续。轴类零件台阶交界处是感应淬火硬化的薄弱部位，经过感应淬火后硬化层连续的部位， 使得台阶处的强度、硬度等得以提高，达到技术要求。
图 7
表5 花键轴中频淬火后检查结果
images/BZ_64_909_476_2161_533.png淬硬层深度/mm 3.5～3.6 2.5～2.6 2.8～2.9 1.3组织级别/级 5 5 5 5表面硬度HRC 57、58 55、56 52、53 —
（1）高频淬火时，感应器的选择和电参数的不匹配，以及淬火冷却介质的较低冷却速度，最终导致工件淬火后有效硬化层深浅，表面硬度低，造成工件在长期工作载荷下发生磨损失效。
（2）利用中频淬火机床，采用慢速移动、加热延时的工艺方法进行感应淬火，可以满足花键轴硬化层深度以及连续分布的技术要求，解决高频生产工艺中淬硬层深度不够、层深不连续的质量问题，提高零件的强度、硬度以及耐磨性。
参考文献：
[1]刘志儒.金属感应热处理［M].北京：机械工业出版社，1990.
[2]张克俭.PAG淬火液在所有中的变化规律[J].金属热处理，1999.
[3]王广生.金属热处理缺陷分析及案例[M].北京：机械工业出版社，1997.
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