齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施

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1、第30卷第5期四川兵工学报2009年5月齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施柳晓鹏，雷建波(海军驻重庆舰船动力军事代表室，重庆4o0ooo)摘要：介绍了渗碳淬火齿轮的变形规律，分析了渗碳淬火齿轮变形的原因，提出了减小和控制渗碳淬火齿轮变形的措施，主要可通过采用优化零件结构、完善机加工与热处理工序配合、优化热处理工艺等方法减小零件内部应力，改善热处理变形．关键词：齿轮；热处理；变形；控制中图分类号：F407．61文献标识码：A文章编号：1006—0707(2009)05—0058—03热处理变形会使齿轮零件前期加工获得的

2、精度受到成，铁素体量约占整个体积的80％．当加热至AC1以上温严重损失，这些损失有时甚至通过复杂、先进的修形技术度时，珠光体转变为奥氏体，9OO℃时铁素体全部转变为奥(磨齿、校直等)也难以恢复．对于渗碳淬火的齿轮特别是氏体．920～940℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加大型齿轮，其变形量很大且难以控制．较大的变形不仅使至0．6％一1．2％，这部分碳浓度高的奥氏体冷至6OO650磨削量增加、成本提高，而且影响齿轮制造精度，降低承载℃才开始向珠光体、索氏体转变，而心部区的低碳奥氏体能力，最终将使寿命大大下降【1]

3、．在900℃即开始分解为铁素体，冷至550℃左右全部转变热处理变形主要由零件在机加工时产生的残余应力、完成．心部奥氏体向铁素体转变是比容增大的过程，表层热处理过程中产生的热应力和组织应力以及零件自重变奥氏体冷却是热收缩量增加的变化过程．在整个冷却过程形等共同作用产生．影响齿轮渗碳淬火变形的因素很多，中，心部铁素体生成时总是受到表层高碳奥氏体区的压应包括齿轮的几何形状、原材料及冶金质量、锻造和机加工力．此外，大型齿轮由于模数大、渗层深，渗碳时间较长，同的残余应力、装料方式和热处理工艺及设备等[z-．时由于自重影响，

4、也会增加变形．2．2淬火变形的原因1渗碳淬火齿轮变形规律零件淬火时，淬火应力越大，相变越不均匀；比容差越大，则淬火变形越严重．此外淬火变形还与钢的屈服强度对大型齿轮质量和寿命影响最大的变形因素来自齿有关，塑性变形抗力越大，其变形程度就越小．对齿轮和齿轮外径、公法线长度和螺旋角等．轮轴渗碳淬火冷却时各部位的冷却速度、组织及硬度状态1．1大型齿轮变形规律比较分析，可以发现上中下各部位冷却速度的差别，以及大型齿轮渗碳淬火后齿顶圆外径呈明显胀大趋势，且表面、过渡区、心部冷却速度的差别与其组织转变的不同上下不均匀呈锥形；径

5、长比(齿轮外径／齿宽)越大，外径胀时性是造成齿轮变形的主要原因．因此，减小变形也可以大量越大．碳浓度失控偏高时，齿轮外径呈收缩趋势．通过提高各环节的均匀性来实现．1．2大型齿轮轴变形规律齿顶圆外径呈明显收缩趋势，但一根齿轴的齿宽方向3减小和控制渗碳淬火齿轮变形的措施上，中间呈缩小、两端略呈胀大趋势．1．3齿圈变形规律3．1控制原材料减小变形大型齿圈经渗碳淬火后，其外径均胀大，齿宽大小不我国高速重载齿轮行业目前普遍使用的钢种有同时，齿宽方向呈锥形或腰鼓形胀大．20CrMnMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6

6、、42CrMo、30CrMoA等，由于受到冶炼水平等影响，原材料质量状况不尽人意．同时由2渗碳淬火齿轮变形原因于进货渠道不同，质量也有较大波动，给变形控制带来很大难度．总体来说，原材料对变形的影响如下：2．1渗碳件变形的实质1)材料淬透性是影响热处理变形的主要因素之一，淬渗碳的低碳钢，原始相结构由铁素体和少量珠光体组透性带宽较小变形较小；反之则变形较大．收稿日期：2009—03—01作者简介：柳晓鹏(1981一)，男，山东莱阳人，主要从事舰船动力学研究柳晓鹏，等：齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施592)钢的冶金质量

7、．钢材经过真空脱气处理后，材料纯重要．例如在易变形的齿圈淬火前增加一道去应力工序，净度高、杂质含量少、晶粒度均匀，以氧化物为主的夹杂物磨齿后再进行一次低温回火．大幅度减少．钢材晶粒度对变形有着明显的影响，随着晶3．2．3变形的预补偿粒度尺寸增加。变形加大．因而要严格控制晶粒度尺寸及对大型齿圈，可针对渗碳淬火后齿顶圆涨大规律，预混晶．大型齿轮通常要求晶粒度在5级以上．同时，随着钢先车小齿顶圆；对大型齿轴的螺旋角，可采取滚齿时预补材淬透性的增加，变形率增大．因而在齿轮选材时，只要淬偿办法达到减小螺旋角变形的目的．透性

8、能满足要求即可．但应尽可能控制好淬透性带，以利3．3热处理工艺操作与变形关系于变形规律的统计和摸索．此外，马氏体相变点Ms对变形3．3．1预先热处理的影响是随着Ms点的降低，变形增大．一般C、Mn含量较采用适当的预先热处理方法，可有效减小后续热处理高的钢材具有较低的Ms点，因而从变形的角度考虑，钢材的变形．对齿轮和齿轮轴，由于退火周期长、成本高，目前中C、Mn含量应尽可能