如今新能源汽车发展迅速，其电机的用量迅速增加。电机轴的质量尤为重要，对强度和耐磨性的要求较高。衡阳某新能源汽车厂对电机轴进行碳氮共渗、淬火和回火处理，以提高其强度和表面硬度等性能。但批量生产中，电机轴热处理后内花键棒间距收缩，并产生锥度。 本文分析了发生这种问题的原因，提出了解决措施，提高了产品的合格率。

试验用电机轴的结构和尺寸如图 1 所示，材料为 20CrMnTi 钢，要求表面硬度≥650  HV1，心部硬度 30 ～ 45 HRC，有效硬化层深度 0.5 ～ 0.8 mm，内花键齿棒间距变化≤0.05 mm。化学成分：0.197 C，0.815 Mn，1.03 Cr，0.243 Si，0.058 Ti，0.019 P，0.000 6 S (质量分数，%)，均符合标准要求。

图 １ 电机轴简图

热处理工艺 

(1)预氧化：350 ℃ ×1 h 预氧化。

(2)碳氮共渗：780 ℃ ×30 min，880 ℃ ×10 min，880 ℃ ×180 min×0.95%C(通氨气，流量 1.5 L/ min)，880 ℃ ×120 min×0.75%C，820 ℃ ×20 min×0.70%C。

(3)淬火：从 820 ℃淬入 90 ℃ 科润 468 齿轮专用淬火油 30 min，中速搅拌。

 (4)回火：170 ℃ ×3 h。  

碳氮共渗设备为密封箱式多用炉。 

结果 

处理后电机轴表面硬度为 715 ～ 730 HV1，心部硬度为 36 ～ 41 HRC，有效硬化层深度为 0.  55 ～ 0.65 mm，均符合要求。然而，电机轴内花键齿棒间距过大，不符合要求，热处理前后内花键齿棒间距如表 1 所示。

表 １ 热处理前后电机轴内花键齿棒间距  单位：ｍｍ

解决措施

如图 2 所示，电机轴内花键部位的壁厚不同，淬火冷却不均匀，导致内花键齿棒间距大于要求值。为解决这一问题，在电机轴端部加一个套圈，如图 3 所示，以提高花键各部位淬火冷却的均匀性，从而减少畸变量。

图 ２ 电机轴内花键部位的截面

图 ３ 电机轴内花键部位的套圈

轴内花键部位加套圈热处理后，电机轴表面硬度为  700 ～ 730 HV1，心部硬度为 34 ～ 37 HRC，有效硬化深度为 0.50 ～ 0.55 mm，均符合要求，内花键齿棒间距也在要求范围内。 热处理前后电机轴内花键齿棒间距如表 2 所示。

表 ２ 热处理前和加套圈热处理后电机轴内花键齿棒间距／ ｍｍ

众所周知，在热处理特别是淬火冷却过程中工件必然会发生形状和体积的变化即畸变，难以避免，只能采取某些措施减小，将畸变量控制在要求范围内。本文根据产品的形状特点，在电机轴薄壁部位加套圈人为增加其厚度，使零件淬火时均匀冷却，达到了减少畸变的目的。