大型齒輪滲碳淬火變形原因及控制

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1、大型齒輪滲碳淬火變形原因及控制摘要:本文主要從影響大型齒輪滲碳淬火變形的幾個(gè)方面入手，分析其產(chǎn)生的原因，并采取相應(yīng)措施，通過(guò)良好的設(shè)計(jì)及機(jī)加工與熱處理工序間的相互配合，采用合理的工藝，從而使工件產(chǎn)生變形的應(yīng)力減少，以減少熱處理變形，提高工件的質(zhì)量。關(guān)鍵詞大型齒輪變形控制滲碳淬火1引言大型齒輪滲碳淬火的變形直接關(guān)系到齒輪強(qiáng)度、精度等質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)于滲碳淬火的齒輪，特別是大型齒輪，其變形量很大，且難以控制。較大的變形不僅會(huì)使磨齒加工的磨量增加，成本提高，而且影響齒輪制造精度，降低承載能力，最終壽命也會(huì)大大下降。大型齒輪滲碳淬火熱處理變形主要

2、是由于工件在機(jī)加工時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力以及工件自重變形等共同作用而產(chǎn)生的。影響齒輪滲碳淬火變形的因素很多，包括齒輪的幾何形狀、原材料及冶金質(zhì)量、鍛造和機(jī)加工的殘余應(yīng)力、裝料方式和熱處理工藝及設(shè)備等諸方面。掌握變形規(guī)律，減少齒輪滲碳淬火變形，能夠提高齒輪的承載能力和使用壽命，對(duì)縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本也都具有重要意義。2大型齒輪滲碳淬火變形規(guī)律對(duì)大型齒輪質(zhì)量和壽命影響最大的變形來(lái)自齒輪外徑、公法線長(zhǎng)度和螺旋角等。一般說(shuō)來(lái)，變形趨勢(shì)如下：2.1大型齒輪變形規(guī)律：大型齒輪滲碳淬火后齒頂圓外徑呈明顯脹大趨勢(shì)，

3、且上下不均勻呈錐形；徑長(zhǎng)比（齒輪外徑/齒寬）越大，外徑脹大量越大。碳濃度失控偏高時(shí)，齒輪外徑呈收縮趨勢(shì)。2.2大型齒輪軸變形規(guī)律：齒頂圓外徑呈明顯收縮趨勢(shì)，但一根齒軸的齒寬方向上，中間呈縮小，兩端略有脹大2.3齒圈變形規(guī)律：大型齒圈經(jīng)滲碳淬火后，其外徑均脹大，齒寬大小不同時(shí)，齒寬方向呈錐形或腰鼓形。3滲碳淬火齒輪變形原因3.1滲碳件變形的實(shí)質(zhì)滲碳的低碳鋼，原始相結(jié)構(gòu)是由鐵素體和少量珠光體組成，鐵素體量約占整個(gè)體積的80%。當(dāng)加熱至AC1以上溫度時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，900℃鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。920—940℃滲碳時(shí)，零件表面奧氏

4、體區(qū)碳濃度增加至0.6—1.2%，這部分碳濃度高的奧氏體冷至600—650℃才開始向珠光體、索氏體轉(zhuǎn)變，而心部區(qū)的低碳奧氏體在900℃即開始分解為鐵素體，冷至550℃左右全部轉(zhuǎn)變完成。心部奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變是比容增大的過(guò)程，表層奧氏體冷卻時(shí)是熱收縮量增加的變化過(guò)程。在整個(gè)冷卻過(guò)程中，心部鐵素體生成時(shí)總是受著表層高碳奧氏體區(qū)的壓應(yīng)力。此外，大型齒輪由于模數(shù)大、滲層深，滲碳時(shí)間較長(zhǎng)，由于自重影響，也會(huì)增加變形。3.2大型齒輪滲碳淬火變形的原因工件淬火時(shí)，淬火應(yīng)力越大，相變?cè)讲痪鶆?，比容差越大，則淬火變形越嚴(yán)重。淬火變形還與鋼的屈服強(qiáng)度有關(guān)

5、，塑性變形抗力越大，其變形程度就越小。從齒輪和齒輪軸滲碳淬火冷卻各部位冷卻速度、組織及硬度狀態(tài)比較分析，可以發(fā)現(xiàn)上中下各部位冷卻速度的差別，以及表面、過(guò)渡區(qū)、心部冷卻速度差別，和其組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性是造成齒輪變形的主要原因。減小大型齒輪滲碳淬火變形也要通過(guò)提高各環(huán)節(jié)的均勻性來(lái)實(shí)現(xiàn)4減小和控制大型齒輪滲碳淬火變形的措施：4.1控制原材料減小變形我國(guó)高速重載齒輪行業(yè)目前普遍使用的鋼種有20CrMnMo、20CrNi2Mo、17Cr2Ni2Mo、20Cr2Ni4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(shí)由于進(jìn)貨渠道不同，質(zhì)量也

6、有較大波動(dòng)，給變形控制帶來(lái)很大難度。總體來(lái)說(shuō)，原材料對(duì)變形的影響如下：(1)材料淬透性是影響熱處理變形的主要因素之一，淬透性帶寬較小變形較小；反之則變形較大。(2)鋼的冶金質(zhì)量：鋼材經(jīng)過(guò)真空脫氣處理后，材料純凈度提高，雜質(zhì)含量少，晶粒度均勻，以氧化物為主的夾雜物大幅度減少．在這方面，國(guó)外的冶金質(zhì)量控制得較好，而國(guó)內(nèi)齒輪鋼化學(xué)成份波動(dòng)較大，有害夾雜物含量高，鋼錠偏析嚴(yán)重，這對(duì)齒輪變形控制造成先天性缺陷?？煽偨Y(jié)如下：（a）鋼材晶粒度對(duì)變形有著明顯的影響，隨著晶粒度尺寸增加,變形加大．因而要嚴(yán)格控制晶粒度尺寸及混晶。大型齒輪通常要求晶粒度在

7、5級(jí)以上。(b)隨著鋼材淬透性的增加，變形率增大。因而在設(shè)計(jì)齒輪選材時(shí)，只要淬透性能滿足要求即可．但應(yīng)盡可能控制好淬透性帶,以利于變形規(guī)律的統(tǒng)計(jì)和摸索。(c)馬氏體相變點(diǎn)Ms對(duì)變形的影響是隨著Ms點(diǎn)降低，變形增大。一般C、Mn含量較高的鋼材具有較低的Ms點(diǎn)，因而從變形的角度考慮，鋼材中C、Mn含量盡可能控制在較低的范圍內(nèi)。(3)鍛件質(zhì)量(a)合理的鍛造流線和鍛造比；(b)嚴(yán)格控制鍛件利用率；(c)加強(qiáng)鍛后熱處理控制。4.2設(shè)計(jì)和機(jī)加工的預(yù)先控制4.2.1合理的設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)、用材、技術(shù)要求對(duì)其熱處理工藝性能有很大的影響。處理好它們之間

8、的關(guān)系，對(duì)減少大型齒輪滲碳淬火變形大有益處。?(1)合理的零件結(jié)構(gòu)：合理結(jié)構(gòu)即零件在設(shè)計(jì)時(shí)其形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，分布均勻、對(duì)稱，力求在零件上避免盲孔、尖棱等。由于零件設(shè)計(jì)不合理，往往在淬火時(shí)應(yīng)力分布不均勻，而產(chǎn)生不規(guī)則變形