大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形分析.pdf

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1、第40卷第4期现代冶金Vo1．40No．42012年8月ModernMetallurgyAug．2012大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形分析彭杰(宝钢苏冶重工有限公司，江苏苏州215151)摘要：介绍了大模数超长齿宽齿轮发生渗碳淬火变形常见形式，并提出了相应的解决措施。关键词：渗碳淬火；人字齿轮；变形控制中图分类号：TG156．8l引言2011年，宝钢苏冶重工有限公司(以下简称“苏冶重工”)为某大型钢厂生产了一批人字齿轮，人字齿轮单重约6．6t、材料为17Cr2Ni2Mo、模数Mn一36、齿数Z一29、外径O1271．9mm、内径

2、720mm、495齿宽1000mm。人字齿轮要求齿面渗碳淬火、渗碳中595深度4～4．5mm、齿面硬度57～62HRC。图2盖板示意图(单位：mm)1大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形(1)锥度：因齿轮单重约6．6t，在长时间高温下分析加热下，自重导致齿轮出现齿顶圆上端大、下端小的锥度；人字齿轮如图1所示。该人字齿轮直径O1271(2)公法线和齿顶圆胀大：渗碳淬火后因渗碳层mm、重量重、齿宽达到1000mm且内孑L大、壁薄(从组织转变、比容增大造成公法线和齿顶圆胀大。但是齿根到内孔厚度只有190ram)，这些都是人字齿轮由于齿宽达到

3、1000mm，造成齿宽上、中、下冷却不在深层渗碳淬火过程中产生变形的重要影响因素。均匀，致使胀大量上、中、下差异较大；人字齿轮渗碳淬火工艺如图2所示。人字齿轮经925(3)椭圆度：超长齿宽造成冷却不均匀胀缩形成。Cx178h加热，淬火冷却后，工件极易产生变形。椭圆；其主要的变形形式有以下几种：(4)螺旋角变形：人字齿轮左右齿面和齿宽方向冷却的不均匀性导致螺旋角变大。2解决措施2．1改变人字齿轮结构渗碳淬火前人字齿轮加工成如图1(a)，1(b)两种形式，图1(a)所示人字齿轮内孑L由0720mm加工成0600mm；图1(b)所示人

4、字齿轮内孔加工成上大下小台阶状。根据变形分析，经渗碳淬火热处理后，图1人字齿轮的示意图(单位：mm)收稿日期：2012—03—25作者简介：彭杰(1964一)，男，高级工程师。电话(0512)66162201；E—mail：jie．peng@bssmmp．tom24现代冶金第4O卷齿轮齿顶圆形成上端大、下端小的锥度，这种结构可使人字齿轮上、中、下端冷却均匀。另外两件内孔(一减小渗碳淬火后上下锥度。渗碳淬火时两种形式结件内孑L光孔、一件阶梯状)不用盖板直接进行渗碳淬构各取一件在内孔上下端用补偿盖板(见图2)保护，火热处理，两种方法

5、效果如表1所示。表1大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形结果表／ram(图2)保炉，使两端冷却条件接近。2．2控制渗碳淬火热处理工艺2．2．3淬火冷却控制2．2．1热处理工艺优化淬火槽的4个冷却搅拌泵须运行正常，产品入渗碳淬火工艺如图3所示。油前后应始终搅拌，保证冷却油有序翻动，促使齿轮圆周均匀冷却，减小淬火变形。否则将造成齿轮不均匀胀缩、不对称畸变形成椭圆。2．3冷热工艺配合根据变形规律，采取合适加工余量进行反制。2。3．1公法线胀大图3渗碳淬火工艺由于齿轮超长齿宽、模数大，公法线应根据模数和直径大小预留合适胀量，单边预留0．8mm

6、。由图3可以看出：2．3．2螺旋角变形(1)采用分段升温工艺(650，820，925。C)和鼓根据人字齿轮齿向渗碳淬火后胀大的变形规风冷却方式可以减小因快速加热和快冷引起的热应律，螺旋角热前减小3O”。力过大，从而减小变形量。2．3．3去应力处理(2)降低强渗时间(矗)与扩散时间(^。)的比值，为防止切削加工产生应力引起的变形，在经渗即从原h：h一3．0降低至2．6，有利于碳化物级别碳淬火半精车后增加去应力处理工序(200。Cx控制在合格范围内。18h)(3)强渗碳势控制在1．1，扩散碳势由0．85降至0．8，有利于碳化物级别控

7、制在合格范围内。(4)适当提高回火温度并进行二次回火，充分消3效果分析除工件应力，有利于防止磨削裂纹的产生。2．2．2改进装炉方法大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形结果表如表(1)渗碳采取2件一炉，不允许重迭，淬火单件1所示。由表1可以看出：装炉。(1)由于事先对大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火(2)齿轮装炉采用6点支撑，齿轮两端用盖板变形作了充分分析，经采用上述应对措施后，4件大第4期彭杰：大模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形分析模数超长齿宽齿轮渗碳淬火变形都满足工艺要求。围内(≤0．40mm)；⑤齿轮螺旋角在工艺上采用了(2)淬火时齿轮两端

8、采用补偿盖板与否对变形缩小30和加大3O”两种尝试，经磨削后发现均不理大小影响较大。其中编号3，4的齿轮在淬火时内想，因此在生产同类型齿轮时螺旋角不作调整。孔采用补偿盖板盖住，编号1，2的齿轮在淬火时未采用补偿盖板。齿轮两端采用补偿盖板后，①公4结束语法线和齿顶