齒輪滲碳淬火變形控制

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1、Ξ齒輪滲碳淬火變形控制張艷紅(寶鋼集團(tuán)蘇冶重工有限公司,江蘇蘇州215151)摘要:介紹了滲碳淬火熱處理工藝對(duì)齒輪變形的影響、減小齒輪滲碳淬火變形的控制措施和蘇冶重工齒輪滲碳淬火變形控制實(shí)例。關(guān)鍵詞:滲碳淬火;變形控制;冷、熱工藝配合;裝爐方式中圖分類號(hào):TG156.8+1的不均勻脹縮而形成橢圓。引言114端面撓曲在硬齒面齒輪的制造中,滲碳淬火是主要的熱處理工藝方式,但齒輪經(jīng)滲碳淬火后易產(chǎn)生變形。影響齒輪滲碳淬火變形的因素有很多,主要包括齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料質(zhì)量、鍛造質(zhì)量、毛坯的預(yù)備熱處理、機(jī)械加工(包括冷熱工藝配合)及滲碳淬火工藝等。各因素間相

2、互影響,難以控制,變形控制已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外齒輪制造中的技術(shù)難點(diǎn)之一。但齒輪變形趨勢(shì)方面也存在著一定的規(guī)律,所以在控制變形的措施上也是有許多共性的。寶鋼集團(tuán)蘇冶重工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“蘇冶重工”)采用多種方法減小變形,或根據(jù)變形規(guī)律采取反制措施控制齒輪的滲碳淬火變形。齒輪放置不平或等高墊圈變形而未墊平,易導(dǎo)致端面撓曲變形。115螺旋角變形斜齒輪左右齒面和齒寬方向的冷卻不均勻性導(dǎo)致了螺旋角變大,“左旋向左、右旋向右”是斜齒輪滲碳淬火后齒向變形的規(guī)律。2減小齒輪滲碳淬火變形的控制措施211齒坯粗車后預(yù)備熱處理工藝的控制齒坯粗車后要經(jīng)過(guò)預(yù)備熱處理,通常采用的

3、是正火處理,通常被視為是一種不重要的輔助工序。但齒坯經(jīng)正火處理后內(nèi)應(yīng)力消除不徹底,易出現(xiàn)硬度和組織不均勻,會(huì)給滲碳淬火后的變形帶來(lái)很大影響。為此,齒坯重疊裝爐時(shí),上下左右每件之間要用等高塊隔開(kāi)并保持一定間距,加熱后在空氣中均勻冷卻。正火后還需高溫回火,以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力和使硬度、組織均勻的目的。1滲碳淬火熱處理工藝對(duì)齒輪變形的影響111錐度因?yàn)楣ぜ淖灾睾烷L(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)下的加熱,導(dǎo)致齒輪滲碳后出現(xiàn)齒頂圓上端小、下端大的錐度。112公法線和齒頂圓脹大212齒輪滲碳淬火變形的控制齒輪滲碳淬火除齒部外都免滲碳,采用涂料保護(hù)。滲碳淬火后因滲碳層組織的轉(zhuǎn)變、比

4、容增大造成了齒輪公法線和齒頂圓脹大。21211改進(jìn)裝爐方法根據(jù)齒輪變形趨勢(shì)制定裝爐方法。(1)對(duì)盤形圓柱齒輪可重疊裝爐,上、下齒輪之間用等高墊圈均布分隔,等高墊圈支承點(diǎn)位置分布合理,每疊等高墊圈支承點(diǎn)應(yīng)在同一垂直線上。(2)對(duì)直徑小于350mm的錐齒輪或薄盤類齒113橢圓度因材質(zhì)不均勻、加熱和冷卻不當(dāng),造成熱處理時(shí)收稿日期:2012203225作者簡(jiǎn)介:張艷紅(19742),女,工程師。電話:(0512)66164327,15062454203;E2mail:yanhong.zhang@bssmmp.comΞ現(xiàn)代冶金第40卷18輪采用懸掛裝爐,其齒

5、輪變形要比平放裝爐小得多。(3)對(duì)齒輪軸可利用軸頸臺(tái)階放置于軸套上,應(yīng)盡量使齒輪軸處于垂直狀態(tài)。(4)等高墊圈與齒輪或吊具不平之處用薄鐵片墊平,不宜采用斜楔和標(biāo)準(zhǔn)墊片。(5)重疊裝爐齒輪上下左右間距≥50mm,以保證滲碳時(shí)氣流和溫度均勻、淬火冷卻時(shí)淬火介質(zhì)流動(dòng)暢通、冷卻均勻。(6)齒圈可以多個(gè)重疊裝爐,中間用等高塊隔開(kāi)。淬火單件裝爐,如裝二件要分二層單獨(dú)裝夾,不能重疊裝爐。212.2大型齒輪(包括焊接齒輪)或齒圈加熱和冷卻速度控制大型齒輪(包括焊接齒輪)或齒圈要控制加熱和冷卻速度,加熱時(shí)采用分段升溫(650,820°C二段),保溫后再升溫至920°

6、C,滲碳結(jié)束后降溫至860°C,然后風(fēng)冷至450°C出爐空冷,這樣可以減小因快速加熱或快速冷卻引起的熱應(yīng)力增大,從而減小變形。21213淬火冷卻控制淬火槽的冷卻攪拌泵須運(yùn)行正常,且產(chǎn)品入油前后始終攪拌,保證冷卻油有序滾動(dòng)。促使齒輪或齒圈圓周均勻冷卻,減小淬火變形。21214滲碳層深度和滲碳層碳濃度的控制滲碳層深度和滲碳層碳濃度會(huì)對(duì)滲層組織的膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響,滲碳后若表面形成不良碳化物分布,將增加齒形、齒向及花鍵孔變形。因此必須控制滲碳時(shí)的碳勢(shì),以防止表面碳濃度過(guò)高。滲碳層深度越厚、變形越大,因此應(yīng)使?jié)B碳層深度控制在技術(shù)要求的合理范圍內(nèi)。311齒圈齒

7、圈模數(shù)14,工件尺寸51949mm×51600mm×260mm,材料為20CrMnMo,數(shù)量2件。滲碳時(shí)2件重疊裝爐,中間用等高墊圈隔開(kāi),單件加熱淬火。熱前齒頂圓減小2mm,公法線比成品大0129mm,螺旋角熱前減小1’30”。滲碳淬火結(jié)果:采用優(yōu)化工藝后,齒頂圓橢圓度、端面跳動(dòng)、公法線橢圓度的效果均達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求。312中間軸中間軸模數(shù)8,工件尺寸5187mm×L525mm,軸頸放余量112～114mm,材料17Cr2Ni2Mo,數(shù)量40件,試驗(yàn)不同裝爐方式對(duì)齒軸彎曲和公法線變形影響。裝爐方式如圖1,2所示。圖1齒端朝下裝爐方式213反制措施

8、21311齒頂圓和公法線脹大齒頂圓根據(jù)齒輪厚度和直徑大小,預(yù)留3～4mm脹量,公法線根據(jù)模數(shù)和直徑大小預(yù)留合適脹量。213