滲碳淬火齒輪畸變控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1、滲碳淬火齒輪畸變控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀李寶奎,王愛香,顧敏(鄭州機(jī)械研究所,河南鄭州450052)摘要:介紹了滲碳淬火零件熱處理畸變的原因,分析了熱處理內(nèi)應(yīng)力的形成過程。根據(jù)硬齒面齒輪生產(chǎn)現(xiàn)狀,分析了影響滲碳淬火齒輪畸變的因素,并提出了減小畸變的措施。指出有必要從系統(tǒng)控制的角度出發(fā),在設(shè)計(jì)、原材料、鍛造、預(yù)處理、機(jī)械加工、滲碳淬火等方面,對齒輪畸變進(jìn)行系統(tǒng)化的研究,以期掌握引起齒輪在生產(chǎn)全過程中畸變的主要原因及減小畸變的有效措施。關(guān)鍵詞:滲碳淬火齒輪;熱處理畸變;系統(tǒng)控制中圖分類號:TG162173文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:025426051(2006)1220006206ResearchStatu

2、sonDistortionControlofCarburizingandHardeningGearsLIBao2kui,WANGAi2xiang,GUMin(ZhengzhouResearchInstituteofMechanicalEngineering,ZhengzhouHenan450052,China)Abstract:Thepresentpaperanalyzedthereasonsofheattreatmentdistortionofcarburizingandhardeningcomponentsandtheformationprocessoftheinternalstress.

3、Thefactorsthatinfluencethedistortionofcarburizingandhardeninggearswerelistedandseveralmeasurestoreduceheattreatmentdistortionwereproposed.Attentionshouldbepaidtoasystematicresearchworkincludingdesign,materials,forging,machining,pretreatment,carburizingandhardening,etc.Hencethemainfactorscausingthehe

4、attreatmentdistortioninthewholemanufacturingprocesscouldfoundandappro2priatemeasurestoreducethedistortionmightbetaken.Keywords:carburizingandhardeninggears;heattreatmentdiston;齒輪是傳動機(jī)械中的重要零件,要求具有耐磨、抗表面接觸疲勞和抗彎曲疲勞等綜合性能數(shù)硬齒面齒輪制造中,。,而且其中很多因素彼此交互影響,難以控制,已成為國內(nèi)外齒輪制造中的技作者簡介:李寶奎(1983103),男,河南駐馬店人,碩士研究生,主要從事齒輪材

5、料及熱處理工藝研究。聯(lián)系電話:0371267836860E2mail:lbk19830315收稿日期:20062082296方鴻生,鄭燕康,陳秀云,等.空冷貝氏體型少熱處理鋼J.金屬熱處理,1985,10(9):328.7FangHongsheng,ZhengYankang,ChenXiuyun,etal.Devel2opmentofaseriousofnewaircooledbainiticsteelsinChinaA.HSLASteels,Processing,PropertiesandApplicationsC,Beijing:TMS,1992:1192125.8LeeWonpyo.De

6、velopmentofhighperformancestructuralsteelsfor21stcenturyinKoreaA.NationalResearchInsti2tuteforMetalsofJapan.In:ProceedingsoftheInternationalWorkshopontheInnovativeStructuralMaterialsforInfaStructurein21stCenturyC.Tsulmba,2000:33263.9FangHS,LiuDY,ChangKD,etal.Microstructureandpropertiesof1500MPaecono

7、micalbainite/martensiteduplexphasesteelJ.JournalofIronandSteelResearch,2001,13(3):31.10Nishidashin2ichi.Failureanalysieinengineeringapplica2,120%25%。據(jù)德國工業(yè)聯(lián)合會(VDMA)的調(diào)查,僅1995年,在德國的動力傳動制造領(lǐng)域,由于消除變形而增加的成本就高達(dá)2815億歐元。多年以來,國內(nèi)外熱處理工作者在研究鋼件熱處理畸變成因、規(guī)律及控制畸變措施等方面取得了許多理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但由于影響因素非常復(fù)雜,使得畸變控制十分困難。因此研究鋼件畸變成因及影響

8、因tionsM.Butterworth:HeinemanLtd,1992.11褚武揚(yáng).氫損傷和滯后斷裂M.北京:冶金工業(yè)出版社,1988:214.12韋東遠(yuǎn),顧家琳,方鴻生,白秉哲.1500MPa級貝氏體/馬氏體復(fù)相高強(qiáng)鋼的疲勞斷裂特性J.金屬學(xué)報(bào),2003(7):64268.13方鴻生,劉東雨,徐平光,等.貝氏體鋼的強(qiáng)韌化途徑J.機(jī)械工程材料,2001(6):125.14BernsH,WenerL.Ultrasonicevaluationoffatiguecrackgrowthofhighstrengthsteelatambienttemperatureandbe2lowJ.Theoreti

9、calandAppliedFractureMechanics,1986(6):11219.15MiihkinenVTT,EdmondsDV.Fracturetoughnessoftwoexperimentalhigh2strengthbainitelow2alloysteelcontainingsiliconJ.MaterialsScienceandTechnology,1987,6(3):4412449.6金屬熱處理2006年第31卷第12期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rig

10、hts reserved. 素,并提出減小畸變的措施便成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命及提高經(jīng)濟(jì)效益的重要課題。1熱處理畸變產(chǎn)生的條件所謂熱處理畸變是指零件經(jīng)熱處理后其形狀和尺寸發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。引起熱處理畸變要有三個條件:應(yīng)力、塑性、作用時間。任何熱處理畸變都需要這三個條件,只是三者的關(guān)系是可以變化的。111外應(yīng)力與熱處理畸變當(dāng)外應(yīng)力很大而且材料的塑性也好,則雖然作用時間短,也會引起大的畸變,如紅熱工件在轉(zhuǎn)移過程中受到?jīng)_撞力引起的畸變。當(dāng)外應(yīng)力小,但材料的塑性好,而且作用時間長,也可以引起大的畸變,如淬火加熱過程中,工件裝掛或堆放不當(dāng),因疊壓或自重引起的應(yīng)力雖然不大,但是工件塑性好,加熱

11、時間長,也會造成較大的畸變。外力引起的變形比較容易分析,其解決方法也相對比較簡單。112內(nèi)應(yīng)力與熱處理畸變在熱處理過程中內(nèi)應(yīng)力的形成是不斷發(fā)生瞬時變化的,其大小、方向和分布狀態(tài)隨著溫度的變化和組織轉(zhuǎn)變的進(jìn)程而不斷改變,因此由內(nèi)應(yīng)力引起的畸變就比較復(fù)雜。11211時,同時,表面和心部的不同時相變也會造成比容差,這種比容差便是熱處理工藝應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因。由工件內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力謂之熱應(yīng)力,由工件內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變的不同時性而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。而工件最后的殘余應(yīng)力則是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用疊加的結(jié)果。熱應(yīng)力是溫度梯度的函數(shù),它取決于加熱溫度、加熱速度、零件截面厚薄的差異程度、材料的散熱率(

12、散熱率=鋼的熱導(dǎo)率/密度)、比熱、膨脹系數(shù)以及加熱、冷卻的均勻性等。組織應(yīng)力取決于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度、馬氏體的正方性以及殘留奧氏體量。11212熱處理內(nèi)應(yīng)力的形成過程以對稱性簡單形狀的鋼件模型來說明熱應(yīng)力和組織應(yīng)力(相變應(yīng)力)心部溫度由T2溫度冷卻到較低溫度并開始較劇烈的熱收縮時,表面硬殼由于已經(jīng)處于冷硬狀態(tài),將不能按照心部的要求改變?nèi)莘e和形狀,從而對心部的收縮產(chǎn)生阻礙作用,使心部受到拉應(yīng)力,而表面部分則受到壓應(yīng)力。殘余熱應(yīng)力的大小基本上決定于表面形成硬殼時心部和表面硬殼的溫差(T2-T1)以及表面硬殼在低溫下的塑性變形能力。圖1鋼件冷卻時熱應(yīng)力的形成過程(不含相變所產(chǎn)生的)Fig.1Thefor

13、mationofthermalstressduringcoolingoftheworkpiece(withouttransformation)(2)組織應(yīng)力(相變應(yīng)力)的形成過程圖2表示在全淬透的情況下不考慮熱應(yīng)力時的組織應(yīng)力形成過程。淬火時,若暫且不考慮熱應(yīng)力作用,試樣表層先冷卻到Ms點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體相變,并且隨著體積膨脹,此時,表層的體積膨脹受到未轉(zhuǎn)變的心部的牽制,于是在試樣表層產(chǎn)生壓應(yīng)力,心部產(chǎn)生拉應(yīng)力(圖2a)。由于鋼在相變時相變部分具有較大的塑性,即相變塑性,在上述組織應(yīng)力作用下,發(fā)生表層壓縮、心部拉伸的塑性變形,使應(yīng)力得到松弛而降低。試樣繼續(xù)冷卻,心部溫度達(dá)到Ms點(diǎn)發(fā)生馬氏體相變而

14、體積膨脹時,表層已轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)度的馬氏體,心部體積膨脹又受到表層的阻礙。當(dāng)心部馬氏體相變的體積效應(yīng)逐漸增大,在某個瞬間(圖2b)組織應(yīng)力狀態(tài)暫為零后,試樣的組織應(yīng)力發(fā)生反向,表層成為拉應(yīng)力,心部為壓應(yīng)力(見圖2c)。11213鋼件滲碳淬火的殘余應(yīng)力鋼件滲碳后,表面含碳量高,馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)低,而心部母材含碳量低,Ms點(diǎn)高。因此齒輪滲碳后淬火時,一般從7的形成過程。(1)熱應(yīng)力的形成過程圖1是鋼件冷卻時熱應(yīng)力的形成過程。鋼件加熱到Ac1點(diǎn)以下某一溫度充分保溫后冷卻(見圖1a),使加熱過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力完全松弛掉,則如圖1b所示,急冷開始時的熱應(yīng)力可以認(rèn)為等于零。隨著冷卻的進(jìn)行,工件內(nèi)外產(chǎn)生

15、溫差,所以導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,心部產(chǎn)生壓應(yīng)力(圖1c)。這種應(yīng)力隨著工件內(nèi)外溫差的加大而增加。當(dāng)金屬熱處理2006年第31卷第12期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 透性值分布帶的寬窄。通常認(rèn)為:淬透性值以J9的大小最為關(guān)鍵,J9=2842HRC比較合適,當(dāng)J9>42HRC時材料在滲碳淬火后不僅畸變量大,而且在使用過程中容易產(chǎn)生脆性斷裂。淬透性帶的寬度越窄越好。目前國內(nèi)一般要求齒輪鋼材的淬透性帶寬控制在7HRC,國外高標(biāo)準(zhǔn)要求可達(dá)3HRC。

16、因此要減小齒輪熱處理畸變波動,必須控制原材料淬透性帶寬,使8每批進(jìn)廠鋼材的淬透性盡可能接近。文獻(xiàn)9認(rèn)為圖2鋼件冷卻時僅考慮相變的應(yīng)力形成過程Fig.2Theformationofstressofonlyphasetransformationduringquenchingoftheworkpiece接近母材的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)高的部分開始相變,然后,相變向齒輪中心和外表擴(kuò)散。當(dāng)外表發(fā)生馬氏體相變時,由于產(chǎn)生體積膨脹,最終便在齒輪表面3形成殘余壓應(yīng)力。淬透性是解決齒輪畸變問題的關(guān)鍵。213鍛造鍛造對提高零件的性能作用很大,它能改善材料的組織,消除材料中的某些缺陷,提高材料的均勻性。但如果鍛造

17、工藝不當(dāng),可能形成過熱組織、折疊、裂紋、殘留應(yīng)力等缺陷,將嚴(yán)重影響滲碳淬火齒輪的畸7變。當(dāng)鍛造產(chǎn)生金屬流線不對稱,金屬未充滿模10腔,鍛后冷卻不均勻時會造成熱處理畸變不一致。齒輪毛坯一般要求鍛造金屬流線沿毛坯外部對稱分布,縱剖面上流線應(yīng)成封閉狀,這種流線形狀毛坯加工。21、均勻,能減小最終12,其比容就不同,在熱處理過程中產(chǎn)生的尺寸變化也就不同。正火是滲碳之前的一種常規(guī)的預(yù)先熱處理工藝,是減小零件熱處理畸變的有效措施。然而普通正火工藝,由于受設(shè)備爐溫均勻性和生產(chǎn)方式、裝爐方式等的限制,工件的組織和硬度很難均勻;另外由于正火采用空冷,零件的冷卻速度不穩(wěn)定,對于某些材料,正火后可能形成粒狀貝氏體組

18、織。以上缺陷都會增大以后滲碳淬火齒輪的畸變。因此,工件出爐后要散開空冷,嚴(yán)禁堆放,以保13證工件得到均勻的珠光體組織。正火處理不應(yīng)有14貝氏體產(chǎn)生。一般正火硬度變化范圍控制在20015HB內(nèi)較好。為了得到較好的組織和硬度,近年來越來越多地采用等溫正火工藝,取得了良好的效果。215機(jī)械加工112滲碳淬火齒輪的熱處理畸變滲碳工藝既是高溫,時間又長,同時還產(chǎn)生心表成分的變化,因而工件易產(chǎn)生畸變。影響滲碳淬火齒輪熱處理畸變的因素很多,其中主要包括齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、鍛造、預(yù)處理、211結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)(因素之一。文獻(xiàn)4,而截面尺寸和幾何形狀的變化對畸變量的影響也很大。機(jī)械零件的幾何形狀對某些特定的熱

19、后畸變會產(chǎn)生決定性的影響。斷面尺寸是否均勻?qū)ΨQ以及內(nèi)孔與外徑之間的尺寸比例都對應(yīng)力的性質(zhì)、大小及分布產(chǎn)生影響。一般來說,形狀簡單、對稱性強(qiáng)、直徑不大和各部分厚薄較均勻的齒輪熱處理畸變較小;反之,形狀復(fù)雜、不對稱、外徑大和厚薄相差大的齒輪熱處理畸變就較大。文獻(xiàn)5指出橫截面厚度相差越大的端面畸變量越大。212齒輪材料合理選材是提高齒輪壽命的重要因素之一,也是減小變形的重要措施。原材料的純凈性、均勻性、淬)三者是影響滲碳淬火齒輪畸變透性(簡稱為“三性”7的主要材料因素。純凈性是指鋼的成分符合標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求時,鋼中雜質(zhì)含量的多少。均勻性包括成分、組織和缺陷分布的均勻性?；瘜W(xué)成分分布不均便產(chǎn)生偏析,滲碳

20、淬火后偏析部分的組織和應(yīng)力與別處不一樣,這樣產(chǎn)生額外的畸變就不可避免。帶狀組織也是組織不均勻的一種表現(xiàn),常常引起畸變增大。材料的淬透性包括兩個方面:一是淬透性的高低,二是淬86機(jī)械加工的殘余應(yīng)力和表面粗糙度等都影響畸變。在齒輪生產(chǎn)中,不同的切齒工藝引起的齒面殘余應(yīng)力不同,因而對熱處理畸變的影響也不同。插齒齒面殘余應(yīng)力小且均勻,沿齒寬和齒高方向的應(yīng)力差值也小,熱處理后的畸變量小;滾齒齒面殘余應(yīng)力波動較大,熱處理的畸變較大;剃齒齒面殘余應(yīng)力較大,同時正、反面上應(yīng)力差大,用鈍剃齒刀加工的齒面上的殘余15應(yīng)力明顯提高,熱處理后對齒形齒向影響較大。曾有人發(fā)現(xiàn),滲碳淬火前僅在某工件上打了一個小小的金屬熱處

21、理2006年第31卷第12期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 鋼印,其殘余應(yīng)力就使畸變增大了01010108mm。表面粗糙度對畸變的影響容易被忽略,有試驗(yàn)表明當(dāng)表面粗糙度Ra為312m時,公法線長度一般漲大01030105mm,但當(dāng)表面粗糙度優(yōu)于Ra=0108m時,公法線長度變化明顯減小,偶爾有收縮現(xiàn)象。這表明機(jī)加工的殘余應(yīng)力和表面粗糙度對加熱后工件變形都有直接影響,因此機(jī)械加工時應(yīng)控制加工應(yīng)力和提高表面質(zhì)量。216滲碳工藝滲碳設(shè)備必須有良好的爐溫均

22、勻性、密封性和氣氛均勻性,否則同爐工件會由于爐溫或氣氛的不均勻而導(dǎo)致畸變量的不均勻。滲碳溫度特別影響奧氏體晶粒度,滲碳溫度越高,奧氏體晶粒越大,齒輪畸變越大,因此盡可能降低滲碳溫度。由于滲碳齒輪的表面碳濃度和滲層深度會對滲層8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、齒向及花鍵孔的變形,因此必須控制滲碳時碳勢,以防止表面碳濃度過高。滲碳層深度越厚,也將使畸變加大,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)。響,文獻(xiàn)1617認(rèn)為平放裝爐變形小且穩(wěn)定性好。事實(shí)上裝爐方式要根據(jù)實(shí)際情況而定。滲碳后的冷卻速度對畸變亦有明顯的影響。齒輪在氣體滲碳之后最理想的冷卻方法是在45

23、0等溫冷卻。因?yàn)?00和575為滲碳層奧氏體不穩(wěn)定區(qū),在此溫度等溫,表面層先發(fā)生相變,心部后轉(zhuǎn)變,表面形成拉應(yīng)力,不僅畸變大且可能形成裂紋;而450為滲層奧氏體穩(wěn)定區(qū),心部也相當(dāng)穩(wěn)定,在此溫度范圍等溫,對心部和表面轉(zhuǎn)變的影響不太大,有利于減小畸變。217淬火工藝淬火過程中釋放了零件在整個加工過程的一系列18操作中積累起來的變形潛能。淬火溫度越高,產(chǎn)生的組織應(yīng)力越大,變形越大。為減小變形,需降低淬火溫度,但淬火溫度不宜過低,否則其滲層會出現(xiàn)非馬氏體組19織,對零件的性能不利。常用淬火溫度800830。淬火冷卻速度是影響齒輪畸變的另一重要因素。選用熱處理淬火介質(zhì)首先應(yīng)考慮冷卻特性,以及冷卻特性的穩(wěn)

24、定性。選好和用好淬火油是獲得高淬火硬度、足夠的淬硬深度、減小工件畸變和降低生產(chǎn)成本的必要20前提。對于低合金滲碳鋼件,選擇能在略低于Ms17點(diǎn)附近等溫冷卻的淬火油(等溫分級淬火油)可以使畸變最小。另外,根據(jù)冷卻過程的需要恰當(dāng)?shù)剡x擇攪拌的程度,將對降低工件的畸變有利。218回火工藝對一些高合金滲碳鋼,滲碳后要進(jìn)行高溫回火,使?jié)B層析出碳化物,從而促使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變,同時消除21正火應(yīng)力,為淬火做好組織準(zhǔn)備。滲碳淬火后的零件要進(jìn)行150200下的低溫回火,回火時滲碳層的體積和殘余應(yīng)力都發(fā)生變化,因此也會產(chǎn)生一定的畸變。淬火后的低溫回火,還可使部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,而使馬氏體充分轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體

25、,從而保21證組織及尺寸穩(wěn)定性。3減小滲碳淬火齒輪畸變的措施綜上所述,影響滲碳淬火齒輪畸變的因素較多,因而對其畸變的控制,應(yīng)以一種開放式、跨學(xué)科交叉并聯(lián)的、系統(tǒng)化的方式來對待。為此,2001年德國在不來梅(Bremen)大學(xué)專門成立了合作研究中心,由20多位從事材料科學(xué)、加工技術(shù)、數(shù)學(xué)以及工藝控制工程方12,2DistortionEngineer2()SF項(xiàng)目中,將畸變定義為:,由于溫度、力學(xué)和化學(xué)等因素18作用引起其尺寸發(fā)生變化的總和。該研究中心目前針對幾種典型的工程部件(軸承圈、多臺階軸、盤狀齒輪)開展工作,其研究的特點(diǎn)是將工件的畸變與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)相聯(lián)系,期望通過研究,建立起對生產(chǎn)過程系

26、統(tǒng)畸變控制的程序,全方位解決工業(yè)的畸變控制問題。目前,該項(xiàng)目正在進(jìn)行之中,初步的研究成果表明,工業(yè)生產(chǎn)工件的最終畸變并不是完全由熱處理淬火引起,淬火工序只不過釋放了潛在的畸變因素,這些引起畸變的潛在畸變因素在各個生產(chǎn)工序中就逐步積累,例如設(shè)計(jì)、材質(zhì)、鍛造、機(jī)械加工、熱處理、磨削等,因而畸變的控制是一系統(tǒng)協(xié)同工程。311合理設(shè)計(jì)減小齒輪畸變機(jī)械零件的幾何形狀對某些特定的熱后畸變會產(chǎn)生決定性的影響,因此設(shè)計(jì)者在考慮零件強(qiáng)度的同時,還應(yīng)對零件整體畸變的趨勢和大小有一個估計(jì)。為了減小畸變,零件設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量避免尖角、薄壁、臺階等結(jié)構(gòu)。對零件中那些不可缺少的孔、槽、筋等要素,則應(yīng)要求分布對稱與均勻。在截面

27、大小急劇變化的地方,應(yīng)考慮均勻過渡區(qū),如設(shè)置圓角、斜角等結(jié)構(gòu),通過減小應(yīng)力集中來減小零件變形。設(shè)計(jì)齒輪時,應(yīng)盡可能力求結(jié)構(gòu)對稱、截面均勻,應(yīng)優(yōu)先采用輻板結(jié)構(gòu),避22免采用無支撐的盆形結(jié)構(gòu),以減小回縮量。9金屬熱處理2006年第31卷第12期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 312控制原材料減小齒輪畸變316控制滲碳淬火工藝減小齒輪畸變31611裝爐方法上的改進(jìn)零件裝爐既要考慮加熱原材料的純凈度、均勻性、淬透性三者是影響滲碳淬火齒輪變形的重要材料因素,

28、因此提高齒輪用鋼材的質(zhì)量是控制齒輪滲碳淬火變形的重要環(huán)節(jié)。其控制措施主要有:精選爐料,嚴(yán)格控制爐前配方;采用精煉方法;鋼液冷卻時,增大結(jié)晶速度,防止枝晶偏析形成;合理的鍛坯鍛軋溫度和鍛軋比;增加7擴(kuò)散退火工序,消除材料的不均勻組織;控制淬透性帶的滲碳鋼等。313控制鍛造工藝減小齒輪畸變對于鍛造工序,除了控制好始鍛溫度、終鍛溫度和鍛造比外,還應(yīng)使毛坯剪切口平整,鍛打時使毛坯與鍛件的中心線一致,以保證纖維流向的對稱分布,從而避免輪輻半徑大、厚度小的齒輪在熱處理淬火時產(chǎn)生不對稱翹曲。改善帶狀組織也很重要,有人曾對帶狀組織為215級的8620H鋼進(jìn)行合適的鍛造使帶狀組織變?yōu)橐患?結(jié)果明顯改善了材料的組

29、織,減小了滲碳淬火時的畸變。314控制預(yù)處理工藝減小齒輪畸變23和冷卻時各部分的溫差應(yīng)盡量小以減小內(nèi)應(yīng)力,同時又要考慮到盡可能地減小零件在高溫下長時間保溫時,由于零件的自重等產(chǎn)生的高溫蠕變,所以擺放、堆碼要均勻,以保證冷卻介質(zhì)流動暢通。此外,支撐部位要合理正確。文獻(xiàn)26介紹了如何利用專用工藝支撐而使大型滲碳淬火齒輪的畸變減小。31612大型齒輪進(jìn)行分段加熱加熱速度是影響零件應(yīng)力產(chǎn)生的一個重要因素。加熱零件各部位溫差越大,熱應(yīng)力也越大。為了減小大齒輪在加熱過程中的熱應(yīng)力,一般最好在600650的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行保溫,使零件均溫后再升至滲碳溫度,這樣可以減小因快速加熱引起過大的熱應(yīng)力,從而減小齒輪的

30、畸變量。31613滲碳溫度和淬火溫度的控制熱應(yīng)力是由于內(nèi)外溫差所引起,溫差越大,熱應(yīng)力越大,相應(yīng)齒輪的畸變也就越嚴(yán)重。因此,在保證一定滲速條件下盡量采用較低的滲碳溫度和淬火溫度。31614滲碳層,因此將滲碳,而且也27,氣體滲碳時,為了防止表面過渡滲碳,在滲碳后期安排適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散階段,是比較好的熱28處理工藝操作。31615滲碳后冷卻方式的控制滲碳后利用等溫冷卻效果明顯。當(dāng)然,在實(shí)際生產(chǎn)中比較困難,但可以利用滲碳后吹風(fēng)冷卻,控制風(fēng)冷時間,在齒輪表面溫度接近450(奧氏體穩(wěn)定區(qū))時停止吹風(fēng),這對減小畸變17有效果。31616淬火冷卻的控制近年來,國內(nèi)外對冷卻介質(zhì)研究較多,新的冷卻介質(zhì)和添加劑不斷出

31、現(xiàn),選擇合理的冷卻介質(zhì)能明顯減少淬火的應(yīng)力,從而減少齒輪熱處理畸變。31617采用新的滲碳工藝文獻(xiàn)29介紹了BH催滲技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用概況及對減小齒輪滲碳淬火畸變的影響和原理。據(jù)文獻(xiàn)30介紹,采用稀土滲碳、稀土碳氮共滲可降低滲碳溫度或縮短加熱時間20%,且其硬度、金相組織等各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到技術(shù)要求。由于催滲溫度低、時間短,對減小滲碳齒輪變形有良好的效果。近年發(fā)展起來的低壓真空滲碳+高壓氣淬在汽車31齒輪上的應(yīng)用對減小畸變也顯示出了好的效果。鍛造后的毛坯正火對內(nèi)應(yīng)力的消除并不徹底,這部分內(nèi)應(yīng)力將在滲碳淬火時釋放,為了解決這一問題,24火,用的等溫正火工藝,、逐區(qū)升溫、連續(xù)推進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備和中溫等溫

32、工藝,不僅可防止粒狀貝氏體的產(chǎn)生,還能使工件組織和硬度均勻,這是目前減小滲碳淬火齒輪畸變的有效方法之一。不過等溫正火需要專用設(shè)備,一次性投資較大,所以在考慮滲碳鋼齒坯預(yù)先熱處理方案時,應(yīng)根據(jù)齒坯的材料、截面、切削加工方法、齒輪精度等級及生產(chǎn)批量,并結(jié)合生產(chǎn)制造成本,選擇合適的預(yù)先熱處理和相應(yīng)的熱處理設(shè)備。315控制機(jī)械加工工藝減小齒輪畸變根據(jù)齒輪熱處理畸變規(guī)律,調(diào)整機(jī)械加工預(yù)留變形量,使熱處理后的齒輪尺寸符合技術(shù)要求,這種方法應(yīng)用較為廣泛,也非常有效。例如大型齒輪滲碳淬火后“左旋向左、右旋向右”的規(guī)律,正是斜齒輪滲碳淬25火后齒向的變形規(guī)律,于是就可以根據(jù)這種變化,調(diào)整機(jī)械加工的螺旋角,使熱處

33、理后的螺旋角符合要求。此外,根據(jù)變形規(guī)律,施用反畸變量,提高淬火后的畸變合格率;對非對稱或厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法,熱處理后再加工;合理分配冷熱加工尺寸公差,一般要求機(jī)械加工公差帶占產(chǎn)品公差帶的1/3,最多不得超過1/2,其余作為熱處理畸變公差,這樣產(chǎn)品的合格率就較高。104展望針對我國的現(xiàn)狀,有必要以系統(tǒng)控制的角度出發(fā),從設(shè)計(jì)、原材料、鍛造、預(yù)處理、機(jī)械加工、滲碳、淬火、金屬熱處理2006年第31卷第12期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

34、 回火等方面,對滲碳淬火齒輪畸變進(jìn)行系統(tǒng)化的研究,以期掌握引起齒輪在生產(chǎn)全過程中畸變的主要原因及減小畸變的措施,使各項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)得到全面控制,從而降低磨削量,提高生產(chǎn)效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,進(jìn)一步提高我國齒輪的設(shè)計(jì)和制造工藝水平,增強(qiáng)國際市場競爭能力。參考文獻(xiàn):1陳銳,羅新民.鋼件的淬火熱處理變形與控制J.熱處理技術(shù)與裝備,2006,27(1):18222.2Klaus2DieterThoben,DieterKlein.“DistortionEngineer2ing”:Asystem2orientedviewonthedistortionofcomponent2partsJ.

35、金屬熱處理,2004,29(11):43250.3劉建明,朱小清.汽車滲碳淬火齒輪的表面殘余應(yīng)力研究J.機(jī)械工人(熱加工),2006(2):50251.4曹芬,黃根良.齒輪的熱處理畸變與控制J.金屬熱處理,2002,27(11):51253.5李常民,胡本洋.主減速器齒輪滲碳淬火畸變的控制J.金屬熱處理,2006,31(1):86287.6薄鑫濤,胡月娣.20CrMnMo大型焊接齒輪的熱處理研究J.鑄鍛件2熱處理實(shí)踐,1997(1):26229.7謝浪.淺析滲碳淬火齒輪的變形與控制J.機(jī)械工人(熱加工),2002(3):24226.8潘一凡,李建華,趙茂程.齒輪熱處理變形控制J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造

36、工程,2002,31(5):85290.9張宏貴.,1989,14(6):3210孫抗美.J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,1999,28(3):58259.11程健康.滲碳齒輪畸變控制與修正措施J.金屬熱處理,2002,27(11):53255.12王特典.工程材料M.南京:東南大學(xué)出版社,1999.13張凌志,周松波,張建.薄盤類齒輪滲碳淬火變形的控制J.熱處理,2001(2):27229.14劉云旭,王淮,季長濤,王柏樹.正火2影響滲碳齒輪熱處理畸變的一個重要因素J.金屬熱處理,2005,30(3):46249.15陳振.滲碳鋼齒輪熱處理變形及預(yù)防J.現(xiàn)代制造工程,2003(5):59260.16彭竹琴.薄盤類齒輪滲碳淬火變形的控制J.熱加工工藝,2001(1):57259.17李慧云,高仲達(dá).薄壁齒輪及薄大齒輪滲碳淬火變形問題的研究J.寧夏工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1997,9(4):30233.18HoffmannF,KesslerO,LuebbenTh,MayrP.“DistortionEngineering”2DistortioncontrolduringtheproductionprocessJ.金屬