齿轮渗碳淬火变形控制

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1、Ξ齿轮渗碳淬火变形控制张艳红(宝钢集团苏冶重工有限公司,江苏苏州215151)摘要:介绍了渗碳淬火热处理工艺对齿轮变形的影响、减小齿轮渗碳淬火变形的控制措施和苏冶重工齿轮渗碳淬火变形控制实例。关键词:渗碳淬火;变形控制;冷、热工艺配合;装炉方式中图分类号:TG156.8+1的不均匀胀缩而形成椭圆。引言114端面挠曲在硬齿面齿轮的制造中,渗碳淬火是主要的热处理工艺方式,但齿轮经渗碳淬火后易产生变形。影响齿轮渗碳淬火变形的因素有很多,主要包括齿轮的结构设计、原材料质量、锻造质量、毛坯的预备热处理、机械加工(包括冷热工艺配合)及渗碳淬火工艺等。各因素间相

2、互影响,难以控制,变形控制已经成为国内外齿轮制造中的技术难点之一。但齿轮变形趋势方面也存在着一定的规律,所以在控制变形的措施上也是有许多共性的。宝钢集团苏冶重工有限公司(以下简称“苏冶重工”)采用多种方法减小变形,或根据变形规律采取反制措施控制齿轮的渗碳淬火变形。齿轮放置不平或等高垫圈变形而未垫平,易导致端面挠曲变形。115螺旋角变形斜齿轮左右齿面和齿宽方向的冷却不均匀性导致了螺旋角变大,“左旋向左、右旋向右”是斜齿轮渗碳淬火后齿向变形的规律。2减小齿轮渗碳淬火变形的控制措施211齿坯粗车后预备热处理工艺的控制齿坯粗车后要经过预备热处理,通常采用的

3、是正火处理,通常被视为是一种不重要的辅助工序。但齿坯经正火处理后内应力消除不彻底,易出现硬度和组织不均匀,会给渗碳淬火后的变形带来很大影响。为此,齿坯重叠装炉时,上下左右每件之间要用等高块隔开并保持一定间距,加热后在空气中均匀冷却。正火后还需高温回火,以达到消除内应力和使硬度、组织均匀的目的。1渗碳淬火热处理工艺对齿轮变形的影响111锥度因为工件的自重和长时间高温状态下的加热,导致齿轮渗碳后出现齿顶圆上端小、下端大的锥度。112公法线和齿顶圆胀大212齿轮渗碳淬火变形的控制齿轮渗碳淬火除齿部外都免渗碳,采用涂料保护。渗碳淬火后因渗碳层组织的转变、比

4、容增大造成了齿轮公法线和齿顶圆胀大。21211改进装炉方法根据齿轮变形趋势制定装炉方法。(1)对盘形圆柱齿轮可重叠装炉,上、下齿轮之间用等高垫圈均布分隔,等高垫圈支承点位置分布合理,每叠等高垫圈支承点应在同一垂直线上。(2)对直径小于350mm的锥齿轮或薄盘类齿113椭圆度因材质不均匀、加热和冷却不当,造成热处理时收稿日期:2012203225作者简介:张艳红(19742),女,工程师。电话:(0512)66164327,15062454203;E2mail:yanhong.zhang@bssmmp.comΞ现代冶金第40卷18轮采用悬挂装炉,其齿

5、轮变形要比平放装炉小得多。(3)对齿轮轴可利用轴颈台阶放置于轴套上,应尽量使齿轮轴处于垂直状态。(4)等高垫圈与齿轮或吊具不平之处用薄铁片垫平,不宜采用斜楔和标准垫片。(5)重叠装炉齿轮上下左右间距≥50mm,以保证渗碳时气流和温度均匀、淬火冷却时淬火介质流动畅通、冷却均匀。(6)齿圈可以多个重叠装炉,中间用等高块隔开。淬火单件装炉,如装二件要分二层单独装夹,不能重叠装炉。212.2大型齿轮(包括焊接齿轮)或齿圈加热和冷却速度控制大型齿轮(包括焊接齿轮)或齿圈要控制加热和冷却速度,加热时采用分段升温(650,820°C二段),保温后再升温至920°

6、C,渗碳结束后降温至860°C,然后风冷至450°C出炉空冷,这样可以减小因快速加热或快速冷却引起的热应力增大,从而减小变形。21213淬火冷却控制淬火槽的冷却搅拌泵须运行正常,且产品入油前后始终搅拌,保证冷却油有序滚动。促使齿轮或齿圈圆周均匀冷却,减小淬火变形。21214渗碳层深度和渗碳层碳浓度的控制渗碳层深度和渗碳层碳浓度会对渗层组织的膨胀系数产生影响,渗碳后若表面形成不良碳化物分布,将增加齿形、齿向及花键孔变形。因此必须控制渗碳时的碳势,以防止表面碳浓度过高。渗碳层深度越厚、变形越大,因此应使渗碳层深度控制在技术要求的合理范围内。311齿圈齿

7、圈模数14,工件尺寸51949mm×51600mm×260mm,材料为20CrMnMo,数量2件。渗碳时2件重叠装炉,中间用等高垫圈隔开,单件加热淬火。热前齿顶圆减小2mm,公法线比成品大0129mm,螺旋角热前减小1’30”。渗碳淬火结果:采用优化工艺后,齿顶圆椭圆度、端面跳动、公法线椭圆度的效果均达到预定的技术要求。312中间轴中间轴模数8,工件尺寸5187mm×L525mm,轴颈放余量112～114mm,材料17Cr2Ni2Mo,数量40件,试验不同装炉方式对齿轴弯曲和公法线变形影响。装炉方式如图1,2所示。图1齿端朝下装炉方式213反制措施

8、21311齿顶圆和公法线胀大齿顶圆根据齿轮厚度和直径大小,预留3～4mm胀量,公法线根据模数和直径大小预留合适胀量。213