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材料和热处理工艺因素对渗碳淬火齿轮畸变的影响

郑州机械研究所（河南 450052）顾 敏

目前在硬齿面齿轮制造中，渗碳淬火是主流的工艺方式，除了工艺周期长外，其存在的突出技术问题就是齿轮的畸变。影响渗碳淬火齿轮畸变的因素很多，其中

主要包括齿轮结构尺寸、材料种类及锻件质量、机械加工流程方式、热处理及渗碳淬火工艺等因素。这些因素，如结构尺寸、材料等是特征性固定的因素，而冷热加工工艺则是过程性的因素。一般而言，对于特征性因素引起的齿轮畸变，通过变形规律的总结，较易进行有效的控制；而过程性因素由于存在许多不确定，因而是控制齿轮畸变的难点。其中，无疑热处理工艺过程对于齿轮的畸变是最为主要的因素。

合理选材是提高齿轮寿命的重要因素之一，也是减小变形的重要措施。原材料的纯净性、均匀性、淬透性（简称为“三性”）三者是影响渗碳淬火齿轮畸变的主要材料因素。纯净性是指钢的成分符合标准或设计要求时，钢中杂质含量的多少。均匀性包括成分、组织和缺陷分布的均匀性。化学成分分布不均便产生偏析，渗碳淬火后偏析部分的组织和应力与别处不一样，这样产生额外的畸变就不可避免。带状组织也是组织不均匀的一种表现，常常引起畸变增大。

材料的淬透性包括两个方面：一是淬透性的高低，二是淬透性值分布带的宽窄。通常认为，淬透性值以J9的大小最为关键，J9=28 42HRC比较合适，当J9>42HRC时，材料在渗碳淬火后不仅畸变量大，而且在使用过程中容易产生脆性断裂。淬透性带的宽度越窄越好。目前国内一般要求齿轮钢材的淬透性带宽控制在≤7 HRC，国外高标准要求可达3HRC。因此要减小齿轮热处理畸变波动，必须控制原材料淬透性带宽，使每批进厂钢材的淬透性尽可能接近。

锻造对提高齿轮部件的性能作用很大，它能改善材料的组织，消除材料中的某些缺陷，提高材料的均匀性。但如果锻造工艺不当，可能形成过热组织，产生折

叠、裂纹和残留应力等缺陷，将严重影响渗碳淬火齿轮的畸变。当锻造产生金属流线不对称，锻后冷却不均匀时，会造成热处理畸变不一致。齿轮毛坯一般要求锻造金属流线沿毛坯外部对称分布，纵剖面上流线应成封闭状，这种流线形状毛坯加工后的齿轮热处理变形规律较好，易控制。为了达到预期的材料性能，对齿轮锻件要求合适的锻造比，一般对于在高速重载条件下使用的齿轮，要求其锻造比应大于5。

齿坯通过正火或调质预处理得到细小、均匀组织，能减小最终热处理畸变。然而普通正火工艺，由于受设备炉温均匀性、生产方式、装炉方式等的限制，工件的组织和硬度很难均匀；另外，由于正火采用空冷，零件的冷却速度不稳定，对于某些材料，正火后可能形成粒状贝氏体组织，以上缺陷都会增大以后渗碳淬火齿轮的畸变。为了得到较好的组织和硬度，近年来对于车辆齿轮或大批量的小型齿轮越来越多地采用等温正火工艺，对于齿轮性能提高和畸变控制取得了较好的效果。另外还应当引起我们注意的是，工业大齿轮毛坯的预备热处理。工业渗碳齿轮一般模数、直径都比较大，要实施等温正火难度很大。对于要求高的工业齿轮，一方面对齿和键槽的表面加工质量要求较高，同时希望尽量控制渗碳淬火变形而减小磨削量，为此，国内外一些公司采用了调质来作为预备热处理。

渗碳淬火工艺过程中，齿轮渗碳时的装炉方式对畸变也产生很大的影响，因此对于工装夹具应有足够的重视，防止由于齿轮自重或工装变形引起齿轮的畸变。渗碳温度越高，时间越长，奥氏体晶粒越大，齿轮畸变越大，因此要尽可能降低渗碳温度。另外，由于渗碳齿轮的表面碳浓度和渗层深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、齿向及花键孔的变形，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，也将使畸变加大。表面含碳量影响渗碳淬火齿轮的淬透性，而材料的淬透性对畸变有直接的影响。因此，对于不同的材料应使渗碳层深度及其表面

含碳量控制在合理适宜的范围内。

渗碳后的冷却速度对畸变有明显的影响。齿轮在

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自重对大型齿轮畸变的影响

重庆齿轮箱有限责任公司（江津 402263）邢大志

变形或畸变是热处理工序的必然现象。然而，如何减小热处理所产生的畸变，却是热处理工作者永恒的课题。国内外热处理

工作者在研究钢件热处理畸变成因、规律及控制措施等方面进行了不懈努力，也取得了许多理论成果和实践经验。

谈到热处理变形，人们自然联想到热应力、组织应力和外部应力的影响，并且更注重热处理所产生的热应力和组织应力，而忽视外部应力的作用。表现在多从设计、原材料、锻造、预处理、机械加工及热处理工艺等方面对产生工件变形的原因进行研究，而很少谈论工件本身的自重对工件变形的作用。

诚然，对于小型工件，如汽车齿轮等零件，工件本身的自重对畸变的影响的确可以忽略不计，或稍加注意即 …… 此处隐藏：1103字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……