控制螺伞齿轮热处理变形的研究

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1、控制螺伞齿轮热处理变形的研究控制螺伞齿轮热处理变形的研究控制螺伞齿轮热处理变形的研究第7卷第1期2004年2月扬州大学学报(自然科学版)JOURNALOFYANGZHOUUNIVERSITYrNATURALSCIENCEEDITI()N)VoI.7No.1Feb.2004控制螺伞齿轮热处理变形的研究姜世杭王笃雄刘剑虹.(1.扬州大学机械32程学院.江苏扬州,225009;2.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院.黑龙江齐齐喻尔.161o06)摘要:从原材料开始跟踪,对螺旋伞齿轮在碳氮共渗淬火时每一个可能引起变形的因素进

2、行了分析,以从根本上找到变形的原因.结果表明:在拉应力的作用下,齿形变化的方式是由弯变直;拉应力主要产生在最终热处理时的加热和淬火冷却阶段.据此提出了解决变形的有效措施和方法.关键词:螺伞齿轮;碳氮共渗;变形分析;热应力中图法分类号:TG162.7文献标识码{A文章编号:1007—824X(200I1)0l一002ll_一OLl齿轮是各类机械产品传动系统中的关键零件,其优劣直接影响产品的整体质量,尤其是齿轮的变形直接影响齿轮的精度.齿轮产生变形的因素很多,如结构形状,原材料质量,热处理前的加工状态,自重以及加热和

3、冷却时的支承夹持不当等都能引起变形;凡是牵涉到加热和冷却的热处理过程,都可能造成齿轮变形,其中最终热处理对变形的影响最大引起热处理变形的主要原因是钢的组织转变时比容变化引起的体积变化以及热应力引起的应变.因此,热应力愈大,相变愈不均匀.则变形愈大.为了减小变形,必须减小最终热处理应力和提高屈服强度.显然,凡是影响钢的热处理应力和屈服强度的因素都会影响到齿轮的热处理变形,这些因素包括钢的化学成分,原始组织,热处理工艺参数,淬火介质的冷却性能,热处理之前的应力状态以及齿轮的形状尺寸等._】本文针对2OCrMnTiH钢

4、制汽车传动从动螺伞齿轮热处理后的变形问题,从原材料开始跟踪分析工艺过程中引起变形的因素,并提出了具体的解决方案.1试验材料及原始工艺从动螺伞齿轮形状如图l所示.齿轮用20CrMnTiH钢制造,其化学成分见表1.淬透性为J34/9～J35.5/9,符合国标规定.螺伞齿轮生产工艺路线为:下料一锻造一正火一机加工一C—N共渗淬火一清洗一回火一喷丸一磨内孔一配对研磨.齿坯锻造采表120CrMnTiH钢的化学成分Tab.1ChemicalcompositionofCSiMnCrTlPS0.210.240.931.110.0

5、30.0180.018用煤炉加热,锻后空冷,锻造温度为ll80C.预先热处理采用正火处理,正火采用台车炉加热.整齐堆放装炉,加热温度920C,保温3.5h,出炉后分散空冷.C—N共渗在无马弗连续炉中进行.其工艺为:500C预热.840C透烧,860C均热,880((,N共渗,8l0C预冷淬火,每节拍均为l()min.淬火油温6OC,时间5min.碳氮共渗处理后的齿轮进行平面度检验和接触区检验.平面变形采用对孑L变形和对边变形检查,如图2所示.把齿面置于标准平面上.用塞尺检测.若0.08mm塞尺能通过,则为不合格品

6、:接触区检验采用与标准主动齿轮相啮合的方法,主从动齿轮配合的接触区位移不超过2mm为合格.用MMPRECISIoNSYSTEM进行齿形检测.试验齿轮为360只.收稿日期:2003O4—01E—mail:Jshiha~g@sh:a.cotrt第L期姜世杭等:控制螺伞齿轮热处理变形的研究图1齿轮示意图Fig.1Schematicofgears固对孔变形对边变形25图2平面变形的检查方法Fig.2Inspectionmethodofplanedeformation2结果及分析图3和图4分别为原材料和锻造后的金相组织.可

7、见,原始组织中有轻度带状组织.锻造后组织为F+P呈网状分布,晶粒大小分布不均匀.实际晶粒度按GB6394—86标准评定,锻造后晶粒度为4级.正火后的硬度为l75～l90HBS,符合规定要求.图3原材料的金相组织Fig.3Microstructureofrawmaterials图4锻造后的金相组织Fig.4Microstructureofsmithing平面度检查结果为l8只不合格,变形量为0.O9～0.15mm,合格率为95.经过对平面度超差的齿轮进行分析,发现有一部分是人为因素造成的,如因为上道工序残留下来的切

8、屑粘在齿上面,装炉时齿轮之间互相挤压,却因切屑的存在而使其中留有空隙,当碳氮共渗时,温度很高.材料的屈服强度降低,在压力的作用下产生变形;还有一种是在钻孔处发生变形,原因是钻孔歪了;另外,有时相邻两个料筐的合格率不一样,甚至相差很大,但炉内气氛比较均匀.不可能是因碳氮共渗淬火时而产生的差异,这说明与装炉质量有关.或许有一料筐没有严格地按照工艺来安装,也可能在进炉时因碰撞引