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汽车齿轮的热处理工艺与质量控制汽车作为现代社会重要的交通工具，其性能和可靠性在很大程度上取决于各个零部件的质量。
而齿轮作为汽车传动系统中的关键部件，其质量更是至关重要。
其中，热处理工艺在汽车齿轮的制造过程中起着决定性的作用，它直接影响着齿轮的强度、硬度、耐磨性以及抗疲劳性能等。
同时，严格的质量控制措施也是确保齿轮质量稳定可靠的重要保障。
一、汽车齿轮的工作条件和性能要求汽车齿轮在工作过程中承受着巨大的载荷和复杂的应力。
它们需要在高速旋转的情况下传递动力，并且要在不同的工况下保持稳定的性能。
因此，汽车齿轮通常需要具备以下性能要求：1、高强度和高韧性：以承受弯曲、接触和冲击等多种应力，防止齿轮在工作过程中发生断裂或变形。
2、高硬度和耐磨性：减少齿面的磨损，延长齿轮的使用寿命。
3、良好的抗疲劳性能：能够经受长时间的循环载荷作用而不出现疲劳裂纹。
4、良好的齿面精度和表面质量：保证齿轮的传动平稳性和低噪声。
二、汽车齿轮常用的热处理工艺1、渗碳淬火渗碳淬火是汽车齿轮制造中应用最广泛的热处理工艺之一。
它是将齿轮放入含有碳源的介质中，在高温下使碳原子渗入齿轮表面，然后进行淬火处理，以获得高硬度、高耐磨性的表面和良好韧性的心部。
渗碳淬火后的齿轮表面硬度可达 58-62HRC，心部硬度则在 30-45HRC之间。
渗碳工艺通常可分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。
气体渗碳由于其可控性好、渗碳质量高而被广泛应用。
在渗碳过程中，渗碳温度、渗碳时间、碳势等参数的控制至关重要。
渗碳温度一般在 900-950℃之间，渗碳时间则根据齿轮的尺寸和要求的渗碳层深度来确定。
淬火工艺则通常采用油淬或水淬。
油淬可以减少齿轮的变形，但淬火硬度相对较低；水淬则可以获得更高的硬度，但变形较大。
因此，在实际生产中需要根据齿轮的具体情况选择合适的淬火介质。
2、感应淬火感应淬火是利用电磁感应原理，在齿轮表面产生涡流，从而迅速加热齿轮表面，然后进行淬火处理。
国内外齿轮用渗碳钢的现状及发展概况一国内外齿轮用渗碳钢的应用现状曩分析1 ．对渗碳钢选材的要求：( 1 )钢经渗碳和热处理后，其渗碳层应具有高的硬度，耐磨性、较高的抗弯强度和疲劳强度，而心部要求有较高的韧性和足够的屈服强度，以防止零件由于过渡区和心部产生变形而破坏，( 2 )应具有良好的切削加工性，其过热敏感性要小，以防止热处理后机械性能恶化，( 3 )接受渗碳的能力要强，以提高渗碳速度。
但叉不能使表层发生过碳，出现网状碳化物和大量的残余奥氏体，而使渗碳层的韧性和强度降低，( 4 )要有足够的淬透性，以保证心部具有较高的屈服强度和韧性。
另外淬火温度要低且可采用缓和的冷却介质，使渗碳齿轮变形的倾向小I( 5 )要求钢中不允许有粗大的夹杂物和严重的带状组织，( 6 )价格便宜，钢中台金元素立足于国内资源。
因此，正确地选用渗碳钢对其齿轮的加工质量和使用寿命具有重大的意义。
2 ．国内外常用渗碳钢及分析国内外常用渗碳钢的化学成分、热处理、性能及用途2 0 Cr Mn Ti 钢具有较好的工艺性能和机械性能，渗碳速度快，渗碳后可直接淬火，热处理变形小。
由于硬化性能较低适于制造截面在3 0 r am以下的汽车、拖拉机及其传动装置的齿轮。
在实际生产中由于该钢在渗碳过程易产生过碳，经直接淬火后表层残余奥氏体及碳化物多而易产生磨削裂纹，影响了卤轮制造质量，因此必须严格控制渗碳层的碳浓度。
钢中含有Ti 、S i ，Ma 、cr 等元素的钢在渗碳过程中易发生内氧化，即在表层的0 ． 1 ～0 ．2 r am内易形成非马氏体组织，使齿轮强度下降2 5 ~3 0 嘶。
下面列举几种渗碳钢产生内氧化的惯向：钢号非马氏体层厚度齿间根部处的表面硬度HV2 0Cr M n Ti 1 6 ~ 30 41 5 ~ 44 01 8 Cr2 Ni 4 W 1 73 80 ～50 02 0 Cr Ni Mo 7 5 90 ～76 0近年来国内汽车、拖拉机制造中广泛采用2 0 S i Mn VD、2 0 C r Mn I ~ o 锕代替2 0 Cr Mn T i 钢制造齿轮。
齿轮热处理设备与工艺的现状与发展摘要：结合齿轮行业的发展，本文从炉型、控制、电热元件、管路阀门、检测、介质和新工艺等方面分析了国内外热处理设备的工艺现状与发展趋势。
关键词：齿轮；热处理设备；工艺；为了适应”控制精确、质量精密”的要求，齿轮热处理设备行业呈现出多种炉型并存、控制精确、电热元件稳定耐用、管路阀门安全可靠、检测方便快捷、介质清洁、经济、工艺创新的态势，对行业的发展有着深远的影响。
1、多种炉型并存目前国内外的热处理设备包括真空加热炉、连续加热炉、箱式多用炉、井式炉以及强化和清理、清洗等辅助设备。
（1）真空加热炉真空加热设备所处理的零件热处理具有变形小和氧化脱碳程度低等特点，成为近年来快速发展的炉型之一。
（2）连续加热炉连续渗碳炉主要用于小型零件（如油嘴等）的热处理，零件的热处理以流水线的形式一次完成。
（3）箱式多用炉箱式多用炉适合于热处理中小型零件，在加热和冷却过程中均有还原性或中性气体保护，零件外观质量好，脱碳倾向小，晶间氧化程度低，表面硬度高。
（4）井式炉井式炉最适用于处理大型零件，如大模数硬齿面齿轮等零件，通常采用深层渗碳淬火强化手段（有效硬化层深≥3mm，渗碳保温时间超过30h）。
（5）辅助设备热处理辅助设备包括清理喷丸、强化喷丸机和研磨机等。
2、控制精确可靠精密的电子电气控制元件是实现精确控制的关键，这些控制元件包括碳控仪、氧探头、热电偶和温控仪表等。
（2）氧探头广泛应用于热处理渗碳、碳氮共渗和保护气氛及对含氧量进行测量和控制的相关工业环境，与红外仪相比，具有灵敏度高、碳势控制精度高等特点。
（3）热电偶与温控仪表热电偶的质量直接决定了炉温的准确性。
温控仪表正朝着小型化、模块化和智能化的方向发展。
3、电热元件稳定耐用（1）发热元件发热元件一般由电阻丝或辐射管组成，发热元件的质量直接决定着设备的效率和寿命。
（2）耐火材料耐火材料的质量决定了设备的保湿性能。
（3）风扇与电动机对渗碳气氛的均匀性和温度均匀性起着重要作用。
我国齿轮材料及其热处理技术的最新进展我国齿轮材料及其热处理技术的最新进展众所周知，齿轮是机械设备中的关键零件，要求齿轮既具有优良的耐磨性、又要具备高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能，齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。
而齿轮质量的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺。
因此，国内外与齿轮制造相关的厂家都极为重视齿轮材料及其热处理技术的研究开发，并先后开发出一系列新型齿轮材料及先进的热处理工艺[1～4]。
本文重点介绍近年来我国在齿轮材料及其热处理技术开发方面所取得的最新进展。
1、齿轮材料1.1无镍或低镍钢齿轮材料为满足煤矿严酷的工况条件，国外煤矿机械重载齿轮多采用含镍及钼的齿轮材料。
近年来，我国多数国产煤矿机械的重载齿轮大都采用18Cr2Ni4WA钢。
该钢种的采用基本上消除了断齿等早期失效现象，但这种材料价格偏高，且热处理工艺复杂。
中国矿业大学对无镍齿轮钢15CrMn2SiMo 及低镍齿轮钢18CrMnNiMo进行了试验研究［5］，结果表明，上述无镍和低镍齿轮钢的静强度及渗碳淬火后的静弯性能与18Cr2Ni4WA相接近；前者的冲击韧性值甚至优于18Cr2Ni4WA；无镍基低镍钢的疲劳性能也可与18Cr2Ni4WA相媲美。
目前，18CrMnNiMo钢已在160kW减速器上使用，效果良好。
煤炭科学研究总院太原分院在采掘机械重载齿轮材料的选择方面也就无镍齿轮钢15CrMn2SiM o及低镍齿轮钢18CrMnNiMo代替18Cr2Ni4WA问题进行了深入的研究［6］，结果表明，18CrM nNiMo完全可以代替18Cr2Ni4WA。
1.2低碳空冷贝氏体钢天津盛昌齿轮有限公司和天津热处理研究所联合对低碳贝氏体钢及其渗碳工艺在轿车齿轮上的应用进行了深入研究，结果表明，低碳空冷贝氏体钢经930℃渗碳2h，强渗与扩散时间比为1比1。
工件表面含碳量为0.85％。
对比试验表明，低碳贝氏体钢经过渗碳气淬后，工件变形量明显小于2 0CrMnTi钢。
1前言汽车传动齿轮大多数采用合金渗碳钢制造,经渗碳(或碳氮共渗)处理。
这类钢材是汽车用合金结构钢中用量多的钢种之一。
由于各国资源和工业发展的经验不同,各国甚至各大工厂使用的钢种也不完全相同。
但是,由于汽车生产量很大,对其零件在稳定满足服役性能要求的情况下降低成本,是取得市场竞争优势的重要条件,因此采用廉价钢材和降低制造成本则是共同的目标。
为此,各大汽车公司都注意研究与开发低成本新钢种和新制造技术,并趋于采用相近的钢种和制造技术。
各国的汽车齿轮用钢正处在由各国的资源型、经验型向科学化、国际化方向发展的过渡阶段。
各国正逐渐采用成分相近的低合金Cr-M o钢和Cr-Mn钢,今后将向以保证淬透性为主、充分利用废钢中合金资源、不严格要求合金类型和含量,价格低廉的低碳微合金Mn-B钢和B钢的方向发展。
本文综述了国内外汽车齿轮用渗碳钢的现状和发展趋势以及与新钢种相配合的新热处理工艺。
2汽车齿轮用渗碳钢及热处理现状当今世界汽车齿轮用渗碳钢钢号比较多,处于由传统生产经验用钢向科学用钢过渡的阶段,对于钢材则有相同的技术要求:a.足够的心部淬透性和良好的渗层淬透性,确保齿轮渗碳淬火时渗层和心部不出现过冷奥氏体分解产物;b.齿轮渗碳淬火后变形小,免去或减少磨削加工,降低汽车运行时的噪声和能源消耗;c.良好的成形性,包括热塑性变形成形,冷塑性变形成形和切削加工成形,能耗小、精度高,模具、刀具损耗小;d.良好的可热处理性,包括毛坯正火(或退火)和产品渗碳淬火,在保证获得要求的性能和显微组织的前提下,降低能耗、缩短生产周期。
此外,对于渗碳淬火易变形的齿轮,要求使用淬透性带窄的钢(H钢)。
但是,在保证钢件渗层和心部都已淬透的情况下,淬透性带窄的钢为什么能够减小渗碳淬火变形,目前还缺乏深入的研究。
目前,各国标准中列出的渗碳钢钢号比较多,汽车齿轮使用的渗碳钢已趋于简化。
几个主要汽车生产国的汽车渗碳钢用钢情况列于表1[1,2]。
可以看出,汽车齿轮用渗碳钢主要是低碳合金钢,其中Cr钢、Mn钢和M o钢用于次要和小尺寸齿轮,Cr-N i钢、Cr-Mn钢、Cr-M o 钢、Mn-M o钢和Cr-N i-M o钢用于尺寸较大的重要零件。
1国内外汽车齿轮用钢现状1.1国外齿轮钢应用情况钢中含钼量较低的SCM415、SCM418、SCM420、SCM421钢大多用于中型汽车变速齿轮和轻型汽车国外,最初使用的渗碳齿轮钢基本上是锰钢和锰铬钢,例如日本的SMn420、SMnC420,德国的16MnCr5、20MnCr5等。
此类钢便宜,性能良好。
这是当时从经济角度出发,考虑到资源条件而研制的,但它们质量不稳定,强韧性配合差,往往强度指标合格而硬度达不到要求,晶粒粗化倾向大。
因此,目前国外汽车工业中已很少采用而逐渐被铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢所取代。
德国ZF公司就曾在Mn2Cr钢的基础上再加硼处理,形成了颇具特色的ZF钢系列,其各方面的性能大大改善。
各国渗碳齿轮钢应用状况如下:日本:主要用铬钢和铬钼钢。
如铬钢SCr415、SCr420和铬钼钢SCM415、SCM418、SCM420、SCM421、SCM822均是日本汽车工业中广泛应用的钢种。
铬钢大多数用于小型车的变速箱齿轮。
铬钼后桥主、被动齿轮。
Mo含量较高的SCM822则用于中型汽车后桥主、被动齿轮。
其次是镍铬钼钢,如SNCM415、SNCM420,主要用于要求高淬透性和要求心部韧性较高的重型汽车上,以取代不含Mo的镍铬钢SNC415、SNC815等。
美国:小汽车变速箱以钼钢4023为主。
中型汽车变速齿轮及后桥主、被动齿轮以含Ni较低的Ni2Cr2Mo钢种8620、和8720为主,重型汽车齿轮采用含Ni较高的Ni2Cr2Mo钢4320和含Mo较高的Ni2Cr2Mo钢8822。
个别重型汽车齿轮采用Ni2Cr2Mo2B钢94B17。
英国:仍使用传统的Ni钢,如轻、中型汽车采用Ni2Mo类的EN35钢、Ni2C类的EN36钢和Ni2Cr2Mo类的EN352。
重型汽车则采用含Ni2Cr2Mo较高的EN3551.2 国内汽车齿轮钢的应用状况1.2.1 传统齿轮钢我国汽车行业使用的齿轮材料,多年来主要沿用前苏联用钢系列。
