渗碳钢齿轮热处理变形及预防

机车从动齿轮渗碳淬火变形问题的分析与预防摘要齿圈类机车从动齿轮，因为尺寸较大的薄板形结构，渗碳淬火后不可避免地要发生变形。

这样既影响从动齿轮的精度，也严重影响齿轮的使用性能。

本文从材料、热处理等影响齿轮热处理变形的几个主要因素入手，分析其产生的原因，并通过适当的选材以及热处理工序等相应措施，减少齿轮热处理变形，从而提高齿轮加工精度。

关键词齿轮热处理变形因素变形控制1 前言目前，在铁路跨越式发展理念的引导下，各个主机厂都以“客运高速、货运重载”为目标，应用新材料、研究新工艺、开发新产品。

牵引从动齿轮是机车驱动装置上的关键零部件，它的好坏直接影响到机车是否能够高速重载。

由于大功率机车从动齿轮因为尺寸较大，渗碳淬火后易产生变形，已经成为制约产品质量和使用性能的瓶颈，所以对机车从动齿轮渗碳淬火的研究有重要的现实意义。

2 齿轮热处理变形的影响因素2.1齿轮材料对齿轮变形的影响由于同一牌号的钢材，其淬透性曲线会在一定范围内变化，导致了淬透性带宽的不同，渗碳淬火后的组织就会出现差异，变形也就不一样，如果淬透性带宽过宽，必然会导致齿轮热处理变形无规律。

实验表明，钢的淬透性越高，热处理后齿轮的变形就越大。

当心部硬度高于HRC40时，变形就会明显增大。

目前，使用与从动齿轮强度相匹配的窄淬透性带宽的渗碳钢已经成为齿轮行业选材的共识。

2.2 预备热处理对齿轮变形的影响齿轮预备热处理组织的均匀性和稳定性对齿轮最终热处理变形的影响很大，因为齿轮各部分的原始组织不同，其比热就不同，在热处理过程中产生的尺寸变化也就不同。

齿轮经高温锻造后，由于其组织粗大不利于随后的渗碳处理，所以一般高温锻造后的齿轮需要经过正火处理，以达到细化晶粒和改善显微组织的目的。

但是，往往正火硬度过高，出现大量索氏体或魏氏体组织，它们的存在都会使内孔变形增大，所以必须引起足够的重视。

2.3 渗碳工艺对齿轮的影响2.3.1 温度的均匀性对齿轮的影响温度的均匀性是造成热处理变形的因素之一。

齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施研究摘要：齿轮零件在前期加工期间若是遭受到热处理变形作用，将会导致其获取的精度遭受到严重的影响，一旦出现变形即使是使用校直及磨齿等先进的修形技术也难以达到恢复的效果。

尤其是齿轮在遭受到渗碳淬火之后会出现变形情况，具有较大的变形量，该种变形无法通过控制来实现，并且变形过大，也会增加磨削成本及磨削量，对齿轮制造精度会造成极大的影响，承载能力显著降低，寿命也会随之而下降。

本文着重分析齿轮渗碳淬火变形原因，并提出合理化的变形控制措施。

关键词：齿轮渗碳淬火；变形原因；控制措施前言：在制造硬齿面汽车齿轮期间，目前所使用的主流工艺是渗碳淬火，但是在使用之后不得不面对的问题便是出现变形情况，会对齿轮的加工质量造成极大的影响。

有相关的研究报告显示，之所以会导致碳淬火齿轮出现变形，与锻造质量、原材料质量、齿轮的结构设计、毛坯预备热处理有直接关系，并且以上几种因素之间彼此也会出现相互影响的情况，进而增加了上述因素的控制难度。

现如今，在汽车齿轮制造中控制变形量已经成为一项需要解决的重难点问题。

一、齿轮渗碳淬火变形原因（一）渗碳件变形原因渗碳低碳钢，经过对原始相结构进行分析可知，由少量珠光体组织及铁素体共同来构成，经过对整个体积的占比情况进行了解可知，铁素体量的占比高达80%，当加温到AC1以上温度之后，珠光体会向奥氏体进行转变。

当温度为900℃时，铁素体会向奥氏体进行转变。

当渗碳的温度为920℃-940℃时，零件表面的奥氏体区碳浓度的升高度为0.6%-1.2%，碳浓度比较高的奥氏体区碳浓度会增加至0.6%-1.2%，当奥氏体的温度冷却到600-650℃时，会向索氏体及珠光体进行转变[1]。

当低碳奥氏体处于心部区时，若是在900℃的高温下会将其转变为铁素体，当冷却到550℃时，会全部转变完成。

比容增大的过程是心部奥氏体向铁素体进行转变的过程，而通过对表层奥氏体冷却情况进行探究可知，可将热缩量增加变化的整个过程呈现出来，在冷却期间，在生成心部铁素体时，会遭受到表层高碳奥氏体区的压力影响[2]。

2019年9月下王荣景，王建勇，王荣智（第一拖拉机股份有限公司中小轮拖装配厂，河南 洛阳 471003）摘　要：齿轮通常要经过渗碳、碳氮共渗或氮化工艺处理。

渗碳齿轮的热处理变形会对齿轮的精度、噪声以及使用寿命产生影响，即使经过渗碳热处理，再经过磨齿这一道工序出现变形，还是会对齿轮的精度等级产生影响。

渗碳热处理变形的影响因素比较多，只有对各方面的因素进行掌握，才能把变形几率降到最低。

文章针对齿轮热处理变形的影响因素进行了说明，并提出了相关的控制措施，供参考。

关键词：齿轮；热处理；变形；因素中图分类号：TG162 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）18-0066-01——————————————作者简介： 王荣景（1982—）,男，河南禹州人，本科，工程师，研究方向：热处理工艺。

1 齿轮热处理变形的影响因素1.1 齿轮的原材料选择对齿轮原材料的成分、淬透性以及偏析情况进行了研究，研究表明：1）对材料的性能进行控制，在进行熔炼和铸锭时就必须确保材料具备均匀一致性。

轧前铸锭的对称凝固必须特别重视，这是热处理之后发生齿轮椭圆变形的主要原因。

2）合金成分以及材料的淬透性影响齿轮的热处理变化。

很多人认为钢的淬透性越高其收缩性也就越大，同时其可重复性也就越好，进而能避免因齿轮热处理之后内孔出现胀大的现象。

但是也有人认为材料本身的淬透性增加，会减小齿向的变化，淬后的不圆度也明显变大。

1.2 齿轮的设计和制造齿轮本身的几何形状以及进行热处理之前的内应力分布状态，都会对齿轮的热处理变形产生影响。

热处理之后的变形是与齿轮的几何设计是否合适之间有密切关系，最佳设计必须对热处理之后的变形进行充分考虑。

在齿轮加工中精切前的除应力处理是能有效减小热处理变形的关键手段，但是当前因为经济原因却往往达不到要求。

1.3 淬火处理产生的影响齿轮工件即使是经过热处理这一道工艺，还是可能会出现热处理变形的情况，但是淬火冷却这一环节却是对齿轮变形产生影响的重要因素。

控制大型渗碳淬火齿轮热处理变形的一种方法近年来，大型渗碳淬火齿轮在工程设备上的应用日趋广泛，它具有较高的强度、刚性和耐磨性，在不同的加工环节中应用于各种行业机械产品中。

大型渗碳淬火齿轮热处理过程一般使用热拉伸或高温回火处理，以改善材料性能和耐磨性，为加工行业提供更多的技术支持。

然而，在大型渗碳淬火齿轮热处理过程中，变形的情况普遍存在，由于变形量的大小受多重因素的影响，把控变形量变得不容易。

为了把控大型渗碳淬火齿轮热处理变形，我们提出了一种控制变形的新方法和新技术，旨在解决变形量过大的问题。

首先，我们采用了一种新型的淬火温度控制系统，以确保淬火过程温度更加准确稳定。

其次，采用新型的冷却方式，将冷却速度加快，减少齿轮在冷却过程中产生的变形。

此外，我们还在热处理过程中添加了不锈钢支撑结构，以改善齿轮的支撑和稳定性，避免因变形而产生损坏。

最后，我们采用精密测量仪，以精确控制变形量，确保材料变形在一定范围内。

经过多次试验，我们发现，采用上述新方法和新技术可以有效控制大型渗碳淬火齿轮热处理过程中产生的变形量，满足工业生产需求。

根据试验结果，采用精密测量仪精准调节温度，提升冷却效率，添加支撑结构等操作的效果最好，几乎能够完全抑制变形，并能够达到良好的冷却效果，达到良好的工作性能。

综上所述，新方法和新技术在大型渗碳淬火齿轮热处理变形控制中效果明显，可以有效抑制变形量，实现更好的热处理效果。

本研究结果可以为变形控制问题带来新的解决方案，为工业生产提供更多技
术支持。

渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施汇报人：日期:•渗碳齿轮热处理简介•渗碳齿轮热处理常见缺陷•缺陷产生原因分析目•预防措施与建议•结论与展望录渗碳齿轮热处理简介01CATALOGUE渗碳齿轮热处理定义•渗碳齿轮热处理是一种通过向齿轮表面渗入碳元素，然后进行淬火和回火的热处理工艺。

目的是提高齿轮表面的硬度和耐磨性，以满足齿轮传动系统的高强度和高耐久度要求。

5. 后处理清洗、检查、包装等。

4. 回火处理将淬火后的齿轮加热至一定温度，然后缓慢冷却，消除内部应力，提高韧性。

3. 淬火处理将渗碳后的齿轮迅速冷却，提高硬度。

1. 预处理齿轮清洗、除油，确保表面干净。

2. 渗碳处理在一定温度下，将齿轮置于含碳气氛中，使碳元素渗入齿轮表面。

提高齿轮表面硬度：通过渗碳热处理，齿轮表面硬度可大幅提高，从而提高其耐磨性和抗疲劳性能。

延长使用寿命：经过渗碳热处理的齿轮，在承受高负荷和冲击时，不易磨损和断裂，从而延长了齿轮的使用寿命。

请注意，这里只提供了关于渗碳齿轮热处理的简介部分。

如果需要关于其常见缺陷及预防措施的内容，请进一步指明，我会继续为您扩展相应部分。

优化组织结构：通过淬火和回火处理，可以改善齿轮钢的组织结构，使其更加致密，进一步提高其力学性能。

渗碳齿轮热处理常见缺陷02CATALOGUE渗碳过程中温度、时间控制不当，碳浓度不足，导致硬度不达标。

原因影响预防措施硬度不足将降低齿轮的耐磨性和抗疲劳性能，缩短使用寿命。

严格控制渗碳温度、时间和碳浓度，确保渗碳层深度和硬度符合要求。

030201硬度不足淬火过程中温度变化过快，导致内应力过大，产生裂纹。

原因淬火裂纹严重影响齿轮的强度和韧性，增加齿轮断裂风险。

影响优化淬火工艺，控制淬火温度和冷却速度，降低内应力；采用适当的淬火介质，保证齿轮均匀冷却。

预防措施淬火裂纹影响热处理变形会影响齿轮的传动精度和啮合性能，降低齿轮传动效率。

原因热处理过程中温度分布不均，导致齿轮各部分热胀冷缩程度不同，产生变形。

作者：魏启武渗碳齿轮的热处理变形热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然要降低齿轮的精度等级。

影响渗碳热处理变形的因素较多，只有控制各方面的因素才能将变形控制到较小程度。

控制齿轮变形也必须在制造齿轮的全过程中设法去解决。

(1)齿轮材料冶金因素对变形的影响试验表明，钢的淬透性越高．变形越大。

当心部硬度高于40HRC时，变形会明显增大。

因此，对钢的淬透性带有一定的要求，淬透性带越窄．则变形越稳定，要钢厂提供“低、稳变形”钢材。

A1／N含量比控制在1～2.5范围内，可使淬进性带变窄、减小变形(日本三菱钢铁株式会设)。

另外，材料的方框偏析及带状组织影响齿轮花键孔的不均匀变形及渗碳不均匀。

(2)预备热处理对齿轮变形的影响正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。

(3)渗碳工艺对变形的影响温度的均匀性．碳层的均匀性，冷却介质温度的均匀件都影响齿轮变形，同时渗碳温度越高，渗碳层越厚．油温低、齿轮变形大。

所以要改进设备，优化工艺，提高齿轮热处理质量。

(4)淬火对变形的影响淬火冷却行为是影响齿轮变形最重要的因素，热油淬火比冷油淬火变形小，般控制在100℃±120℃．油的冷却能力对变形也是至关重要的。

搅拌方式和烈度均影响变形，上淬火压床淬火的盘状齿轮，按各种齿轮的变形情况．调整冲火压床参数减小变形，调整内、外压模及胀心块的压力及各段喷油量的大小及上作台面来控制变形。

(5)装夹方式及夹具目的使工件加热冷却均匀，工件各部分渗碳层均匀，以减少热应力不均，组织应力不均，来减小变形，可改变装夹方式，盘类零件与油面垂直，轴类零件立装，使用补偿垫圈，支承垫圈，叠加垫圈等，花键孔零件可用渗碳心轴等。

(6)机械加工方面配合：第一．掌握热处理变形规律、移动公差带位置，提高产品合格率；第二，根据变形规律、施用反变形、收缩端预胀孔，提高淬火后变形合格率，第三，对非对称或厚度不均匀零件采用预留加工量的方法．热处理后再加工。

齿轮及齿圈渗碳淬火变形原因及其控制的措施1 引言齿轮渗碳淬火的变形直接关系到齿轮质量指标。

对于渗碳淬火的齿轮，特别是大型齿轮，其变形量很大，且难以控制。

较大的变形不仅会使磨齿加工的磨量增加，成本提高，而且影响齿轮制造精度，降低承载能力，最终寿命也会大大下降。

齿轮渗碳淬火热处理变形主要是由于工件在机加工时产生的残余应力，热处理过程中产生的热应力和组织应力以及工件自重变形等共同作用而产生的。

影响齿轮渗碳淬火变形的因素很多，包括齿轮的几何形状、原材料及冶金质量、锻造和机加工的残余应力、装料方式和热处理工艺及设备等诸方面。

掌握变形规律，减少齿轮渗碳淬火变形，能够提高齿轮的承载能力和使用寿命，对缩短制造周期，降低生产成本也都具有重要意义。

2 齿轮渗碳淬火变形规律对齿轮质量和寿命影响最大的变形来自齿轮外径、公法线长度和螺旋角等。

一般说来，变形趋势如下： 2.1 齿轮变形规律：齿轮渗碳淬火后齿顶圆外径呈明显胀大趋势，且上下不均匀呈锥形；径长比越大，外径胀大量越大。

碳浓度失控偏高时，齿轮外径呈收缩趋势。

2.2 齿轮轴变形规律：齿顶圆外径呈明显收缩趋势，但一根齿轴的齿宽方向上，中间呈缩小，两端略有胀大。

2.3 齿圈变形规律：大型齿圈经渗碳淬火后，其外径均胀大，齿宽大小不同时，齿宽方向呈锥形或腰鼓形。

3 渗碳淬火变形原因3.1 渗碳件变形的实质渗碳的低碳钢，原始相结构是由铁素体和少量珠光体组成，铁素体量约占整个体积的80%。

当加热至AC1以上温度时，珠光体转变为奥氏体，900℃铁素体全部转变为奥氏体。

910—930℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.75—1.2%，这部分碳浓度高的奥氏体冷至Ar1以下才开始向珠光体、索氏体转变，而心部区的低碳奥氏体在900℃即开始分解为铁素体，冷至550℃左右全部转变完成。

心部奥氏体向铁素体转变是比容增大的过程，表层奥氏体冷却时是热收缩量增加的变化过程。

在整个冷却过程中，心部铁素体生成时总是受着表层高碳奥氏体区的压应力。