下载文档原格式
收稿日期:2001年7月汽车齿轮锻造毛坯预热处理工艺的改进第一汽车集团公司热处理厂(长春130011 徐德惠牟宗山摘要:介绍了低碳合金渗碳钢齿坯预热处理工艺的现状,讨论了钢件的正火组织和硬度对切削加工性能及渗碳淬火变形的影响,提出应推广应用等温正火技术以改进齿坯预热处理质量。
关键词:齿轮, 预热处理, 等温正火, 显微组织Improvement of Preheating T reatment Process of Automobile Gear Forging BlanksXu Dehui et alAbstract:The present status of the preheating treatment process for case hardened steel gear blanks i s in troduced.The influ ences of the normalized structure and hardness of steel workpiece on its cutting performance and deformation after carburizin g and q uenching are discussed.It is suggested that the isothermal normalizing technology should be promoted to increase the preheating treatmen t quality of gear blanks.Keywords:gear, preheating treatment, isothermal normalization, microscopic structure1 汽车齿轮锻造毛坯预热处理工艺现状汽车齿轮通常采用低碳合金渗碳钢制造,齿轮毛坯(简称齿坯一般需经过锻造预热处理切削加工渗碳淬火回火等多道冷、热加工工序,以获得较高的表面硬度和较好的芯部韧性,使成品齿轮具有耐磨、耐疲劳、耐点蚀等优良性能。
齿轮精密锻造的诸多优点齿轮精密锻造在近几十年来有很大的发展，越来越多的制造厂家和用户重视用锻造的方法制造齿轮。
普遍认为，用锻造的方法，可以提高材料的利用率，提高生产率，提高齿轮的机械性能，降低成本和增强市场竞争力。
尤其对用于汽车工业的大规模生产，齿轮精密锻造具有更大的效益和潜力。
尽管齿轮精密锻造有诸多优点，并已用于锥齿轮的规模生产，但距应用于一定尺寸的圆柱直齿轮和斜齿轮的规模生产还有一段距离。
特别是应用于汽车动力传动的齿轮，还需要建立一套实用和可靠的生产工艺流程，才能为厂家所接受。
齿轮精密锻造技术源于德国。
早在50年代，由于缺乏足够的齿轮加工机床德国人开始用闭式热模锻的方法试制锥齿轮。
其中的主要特征是使用了当时很新的电火花加工工艺来制造锻模的型腔。
另外还对锻造工艺过程进行了严格地控制。
此基础上，齿轮锻造技术进一步应用到螺旋锥齿轮和圆柱齿轮的生产。
但是圆柱齿轮锻造中，由于金属材料的塑性流动方向与其受力方向垂直，所以其齿形比锥齿轮更难形成。
60年代开始圆柱齿轮的锻造研究，70年代有较大的发展，这主要是受到来自汽车工业降低成本的压力。
80年代，锻造技术更加成熟，能达到更高的精度和一致性，使锻造生产齿轮能在流水生产线上准确定位，适合于批量生产。
齿轮精密锻造的目的直接生产出不需要后续切削加工的齿轮。
如果能在室温下进行锻造，则齿轮的形状和尺寸较易控制，也可避免高温带来的误差。
目前已有较多的锥齿轮和小尺寸的圆柱齿轮用这种方法制成。
当整体尺寸适合时，还可以用冷挤压的工艺来制造圆柱直、斜齿轮。
但大部分用于汽车传动的齿轮，其直径、高度比较大，不适合采用挤压工艺。
如用闭式模锻，则需要很高的压力才能使金属材料流动并充满模具型腔，因而此类齿轮需要采用热锻或温锻工艺。
而高温将带来材料的氧化，模具畸变，影响锻件的精度和表面质量。
用附加的切削加工来修正这些误差难度较大，还要增加成本。
特别是当使用后续磨削工艺来修正齿形上的误差，除增加成本和延长工时外，还存在磨削工艺中齿轮的定位问题。
齿轮的热处理工艺齿轮是机械传动中常用的零件，广泛应用于各种机械装置中。
而齿轮的热处理工艺则是保证齿轮性能和寿命的关键环节之一。
下面将介绍齿轮的热处理工艺，包括热处理的目的、步骤和常用方法。
一、热处理的目的齿轮的热处理是为了提高其硬度、强度和耐磨性，同时改善其内部组织结构，以达到延长使用寿命、提高运转平稳性和传动效率的目的。
二、热处理的步骤1. 预处理：在进行热处理之前，需要对齿轮进行预处理。
首先进行清洗，将齿轮表面的油污和杂质清除干净。
然后进行退火处理，将齿轮加热到适当温度，然后缓慢冷却至室温，以消除内部应力，改善材料的可加工性。
2. 热处理：热处理是指将齿轮加热到一定温度，保持一定时间，然后进行冷却的过程。
常用的热处理方法有淬火、回火和表面强化等。
- 淬火：淬火是将齿轮加热到临界温度以上，使其完全变为奥氏体结构，然后迅速冷却至室温。
通过淬火可以提高齿轮的硬度和强度，但也容易导致齿轮产生内应力和变形。
- 回火：回火是指将淬火后的齿轮加热到一定温度，保持一定时间后冷却。
回火可以消除齿轮内部的应力，提高其韧性和韧化性能。
- 表面强化：表面强化是通过在齿轮表面形成一层高硬度的表面层，提高其耐磨性和疲劳强度。
常用的表面强化方法有渗碳、氮化和表面喷丸等。
3. 后处理：热处理后的齿轮还需要进行后处理。
首先进行清洗，将热处理过程中产生的氧化物和残留物清除干净。
然后进行涂层处理，以增强齿轮的耐腐蚀性能和润滑性能。
最后进行检验，检查齿轮的尺寸精度、硬度和表面质量等指标是否符合要求。
三、常用的热处理方法1. 淬火：在适当温度下加热齿轮，然后迅速冷却至室温，使其获得高硬度和强度。
2. 回火：将淬火后的齿轮加热到一定温度，保持一定时间后冷却，以消除内应力，提高其韧性和韧化性能。
3. 渗碳：将齿轮浸入含有碳源的气体或液体中，通过渗碳作用使齿轮表面富含碳元素，形成高碳含量的表面层，提高其硬度和耐磨性。
4. 氮化：将齿轮置于含氮气体环境中，通过氮化作用使齿轮表面富含氮元素，形成高氮含量的表面层，提高其硬度和耐磨性。
齿轮热处理工艺【详细介绍】内容来源网络，由深圳机械展收集整理！一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: 低速、轻载又不受冲击要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求: 45 调质,HB200-2503.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-2504.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr(42MnVB) 淬火中温回火HRC40-455.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-556.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)7.条件: 中速、重载要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV9009.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体11.条件: 高速、重载、有冲击、模数＜5要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62.12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-6213.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.14.条件: 载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮要求: 50Mn2、50、65Mn 淬火,空冷,HB≤24115.条件: 低速、载荷不大,精密传动齿轮.要求: 35CrMO 淬火,低温回火,HRC45-5016.条件: 精密传动、有一定耐磨性大齿轮.要求: 35CrMo 调质,HB255-302.17.条件: 要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.要求: 9Cr16Mo3VRE 沉淀硬化18.条件: 要求高耐磨性的鼓风机齿轮.要求: 45 调质,尿素盐浴软氮化.19.条件: 要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。
17Cr2Ni2Mo大模数齿轮轴渗碳淬火热处理工艺优化李金良【摘要】17Cr2Ni2Mo大模数齿轴渗碳淬火热处理的关键是将残余奥氏体量和表面碳浓度分别控制在(20～30)%和(0.8～0.95)%范围.为此,在常规工艺的基础上提出渗碳前增加正火处理,冷却时采用热油冷却并循环搅拌等优化方案.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2008(000)001【总页数】3页(P11-13)【关键词】17Cr2Ni2Mo;大模数;齿轮轴;渗碳【作者】李金良【作者单位】第一重型机械集团公司冶金研究所,黑龙江,161042【正文语种】中文【中图分类】TG156.31 大模数齿轮渗碳淬火的要求大模数齿轮锻件为了保证耐磨性能，热处理普遍采用渗碳淬火工艺。
其渗碳表面硬度一般要求56～60HRC。
从接触疲劳性能看，大锻件在相对运动中承受着接触应力和弯曲应力，在一定的循环接触应力下(主要受正交变切应力为主)，表面承受的剪切应力在距表面0.786bmm处(b为二接触面接触宽度之半)为剪切应力峰，再往心部其剪切应力将逐渐降低，而这种降低梯度将随接触表面曲率半径增大而变得缓慢平坦。
整个渗碳层离表面某点的剪切强度不足以抗衡外来剪切应力时，就在此地开始形成疲劳裂纹。
只有把淬硬层过渡区往心部推移，才能达到τ/στ<0.55而不成为疲劳危险区。
因而大锻件的渗碳层深度就必须加深，例如轧机上大模数重载齿轮的有效硬化层深度往往要求大于5 mm。
综合考虑重载大模数齿轮(包括齿轮轴)的特殊性，总结出大模数齿轮渗碳淬火的质量要求主要有下列几个方面：(1)表面硬度，要求有高的耐磨性能；(2)足够的渗碳层深度，保证有效硬化层深度；(3)表面渗碳层碳化物形态、数量大小和分布；(4)渗碳层的金相组织，即马氏体级别；(5)心部硬度和力学性能；(6)渗碳层梯度；(7)晶粒度。
国内外通用的17Cr2Ni2Mo材料大模数齿轮轴渗碳淬火热处理工艺是如何满足以上几个方面的质量要求呢？现论述如下。
锻件毛坯等温正火常见缺陷及解决办法锻件毛坯等温正火常见缺陷及解决办法文/张军改·河北东安精工股份有限公司等温正火是近年来汽车齿轮用钢预先热处理的一种方法，在实际操作中常常出现一些热处理缺陷，给后续机加工和最终热处理带来不良影响。
本文通过大量实践，总结了锻件毛坯等温正火中常见缺陷及解决办法。
正火和普通正火正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上适当温度（一般增加30～50℃），保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。
其目的是消除或改善坯料制备时所造成的各种组织缺陷，获得最有利于切削加工的组织和硬度，改善组织中各组成相的形态和分布，细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。
常用作齿轮用钢的预先热处理，但因其冷却方式是在空气中连续冷却，珠光体类组织形成温度跨度大，组织均匀性差，硬度离散度大，机加工性能不好，容易导致最终热处理变形。
因此，近年来汽车用齿轮钢件普遍采用等温正火作为其预先热处理。
等温正火是指将工件加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温适当时间后快冷至珠光体转变区的某一温度保温，以获得珠光体型组织，然后在空气中冷却的正火工艺。
与普通正火相比，等温正火因其组织转变是在恒定温度下完成的，容易控制非平衡组织（如贝氏体）的形成，使硬度更加均匀，可获得较理想的显微组织，提高机加工精度，减小机加工变形，延长机加工刀具寿命，减少最终热处理变形和开裂倾向，保证最终热处理质量。
但是，如果等温正火工艺参数选择不合适，也会产生各种热处理缺陷，给机加工和最终热处理带来不良影响。
经过多年实践，以下我们总结出等温正火的一些常见缺陷和解决办法。
晶粒细碎、不均晶粒细碎、不均缺陷如图1所示，该缺陷常出现在20CrMnTi材质中，因为这种材质中含有细化晶粒的Ti元素，具有阻止晶粒长大作用。
如果温度不够高，或保温时间不够长，会造成晶粒来不及长大；或部分晶粒长大，但另一部分晶粒还来不及长大。
形成的主要原因是：⑴加热温度低；⑵保温时间短；⑶锻坯快速冷却形成原始组织中有贝氏体或马氏体等，并在正火时难以转变所致。
