齒輪滲碳淬火變形原因及控制措施

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1、第30卷第5期四川兵工學(xué)報2009年5月齒輪滲碳淬火變形原因及控制措施柳曉鵬，雷建波(海軍駐重慶艦船動力軍事代表室，重慶4o0ooo)摘要：介紹了滲碳淬火齒輪的變形規(guī)律，分析了滲碳淬火齒輪變形的原因，提出了減小和控制滲碳淬火齒輪變形的措施，主要可通過采用優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)、完善機加工與熱處理工序配合、優(yōu)化熱處理工藝等方法減小零件內(nèi)部應(yīng)力，改善熱處理變形．關(guān)鍵詞：齒輪；熱處理；變形；控制中圖分類號：F407．61文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006—0707(2009)05—0058—03熱處理變形會使齒輪零件前期加工獲得的

2、精度受到成，鐵素體量約占整個體積的80％．當(dāng)加熱至AC1以上溫嚴(yán)重?fù)p失，這些損失有時甚至通過復(fù)雜、先進的修形技術(shù)度時，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，9OO℃時鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W(磨齒、校直等)也難以恢復(fù)．對于滲碳淬火的齒輪特別是氏體．920～940℃滲碳時，零件表面奧氏體區(qū)碳濃度增加大型齒輪，其變形量很大且難以控制．較大的變形不僅使至0．6％一1．2％，這部分碳濃度高的奧氏體冷至6OO650磨削量增加、成本提高，而且影響齒輪制造精度，降低承載℃才開始向珠光體、索氏體轉(zhuǎn)變，而心部區(qū)的低碳奧氏體能力，最終將使壽命大大下降【1]

3、．在900℃即開始分解為鐵素體，冷至550℃左右全部轉(zhuǎn)變熱處理變形主要由零件在機加工時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、完成．心部奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變是比容增大的過程，表層熱處理過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力以及零件自重變奧氏體冷卻是熱收縮量增加的變化過程．在整個冷卻過程形等共同作用產(chǎn)生．影響齒輪滲碳淬火變形的因素很多，中，心部鐵素體生成時總是受到表層高碳奧氏體區(qū)的壓應(yīng)包括齒輪的幾何形狀、原材料及冶金質(zhì)量、鍛造和機加工力．此外，大型齒輪由于模數(shù)大、滲層深，滲碳時間較長，同的殘余應(yīng)力、裝料方式和熱處理工藝及設(shè)備等[z-．時由于自重影響，

4、也會增加變形．2．2淬火變形的原因1滲碳淬火齒輪變形規(guī)律零件淬火時，淬火應(yīng)力越大，相變越不均勻；比容差越大，則淬火變形越嚴(yán)重．此外淬火變形還與鋼的屈服強度對大型齒輪質(zhì)量和壽命影響最大的變形因素來自齒有關(guān)，塑性變形抗力越大，其變形程度就越?。畬X輪和齒輪外徑、公法線長度和螺旋角等．輪軸滲碳淬火冷卻時各部位的冷卻速度、組織及硬度狀態(tài)1．1大型齒輪變形規(guī)律比較分析，可以發(fā)現(xiàn)上中下各部位冷卻速度的差別，以及大型齒輪滲碳淬火后齒頂圓外徑呈明顯脹大趨勢，且表面、過渡區(qū)、心部冷卻速度的差別與其組織轉(zhuǎn)變的不同上下不均勻呈錐形；徑

5、長比(齒輪外徑／齒寬)越大，外徑脹時性是造成齒輪變形的主要原因．因此，減小變形也可以大量越大．碳濃度失控偏高時，齒輪外徑呈收縮趨勢．通過提高各環(huán)節(jié)的均勻性來實現(xiàn)．1．2大型齒輪軸變形規(guī)律齒頂圓外徑呈明顯收縮趨勢，但一根齒軸的齒寬方向3減小和控制滲碳淬火齒輪變形的措施上，中間呈縮小、兩端略呈脹大趨勢．1．3齒圈變形規(guī)律3．1控制原材料減小變形大型齒圈經(jīng)滲碳淬火后，其外徑均脹大，齒寬大小不我國高速重載齒輪行業(yè)目前普遍使用的鋼種有同時，齒寬方向呈錐形或腰鼓形脹大．20CrMnMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6

6、、42CrMo、30CrMoA等，由于受到冶煉水平等影響，原材料質(zhì)量狀況不盡人意．同時由2滲碳淬火齒輪變形原因于進貨渠道不同，質(zhì)量也有較大波動，給變形控制帶來很大難度．總體來說，原材料對變形的影響如下：2．1滲碳件變形的實質(zhì)1)材料淬透性是影響熱處理變形的主要因素之一，淬滲碳的低碳鋼，原始相結(jié)構(gòu)由鐵素體和少量珠光體組透性帶寬較小變形較小；反之則變形較大．收稿日期：2009—03—01作者簡介：柳曉鵬(1981一)，男，山東萊陽人，主要從事艦船動力學(xué)研究柳曉鵬，等：齒輪滲碳淬火變形原因及控制措施592)鋼的冶金質(zhì)量

7、．鋼材經(jīng)過真空脫氣處理后，材料純重要．例如在易變形的齒圈淬火前增加一道去應(yīng)力工序，凈度高、雜質(zhì)含量少、晶粒度均勻，以氧化物為主的夾雜物磨齒后再進行一次低溫回火．大幅度減少．鋼材晶粒度對變形有著明顯的影響，隨著晶3．2．3變形的預(yù)補償粒度尺寸增加。變形加大．因而要嚴(yán)格控制晶粒度尺寸及對大型齒圈，可針對滲碳淬火后齒頂圓漲大規(guī)律，預(yù)混晶．大型齒輪通常要求晶粒度在5級以上．同時，隨著鋼先車小齒頂圓；對大型齒軸的螺旋角，可采取滾齒時預(yù)補材淬透性的增加，變形率增大．因而在齒輪選材時，只要淬償辦法達到減小螺旋角變形的目的．透性

8、能滿足要求即可．但應(yīng)盡可能控制好淬透性帶，以利3．3熱處理工藝操作與變形關(guān)系于變形規(guī)律的統(tǒng)計和摸索．此外，馬氏體相變點Ms對變形3．3．1預(yù)先熱處理的影響是隨著Ms點的降低，變形增大．一般C、Mn含量較采用適當(dāng)?shù)念A(yù)先熱處理方法，可有效減小后續(xù)熱處理高的鋼材具有較低的Ms點，因而從變形的角度考慮，鋼材的變形．對齒輪和齒輪軸，由于退火周期長、成本高，目前中C、Mn含量應(yīng)盡可能