大型齿圈热处理变形的影响因素及控制方法(1)

大型齿轮渗碳淬火变形原因及控制摘要: 本文主要从影响大型齿轮渗碳淬火变形的几个方面入手，分析其产生的原因，并采取相应措施，通过良好的设计及机加工与热处理工序间的相互配合，采用合理的工艺，从而使工件产生变形的应力减少，以减少热处理变形，提高工件的质量。

关键词大型齿轮变形控制渗碳淬火1 引言大型齿轮渗碳淬火的变形直接关系到齿轮强度、精度等质量指标。

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。

大型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 大型齿轮渗碳淬火变形规律对大型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 大型齿轮变形规律：大型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（齿轮外径/齿宽）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 大型齿轮轴变形规律：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 渗碳淬火齿轮变形原因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。

920—940℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.6—1.2%，这部分碳浓度高的奥氏体冷至600—650℃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。

干货丨几种齿圈的热处理畸变控制方法作者：金荣植单位：哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司来源：《金属加工（热加工）》杂志由于齿圈直径与齿圈宽度（或称高度）尺寸相差悬殊，在热处理过程中，经常出现内孔圆度、端面平面度及锥度畸变超差问题。

齿圈热处理畸变是其热处理过程中最常见的缺陷之一。

齿圈的加工工序复杂、畸变合格率低、加工余量大、废次品率高、成本高，而且产品精度低、噪音大，严重影响其使用寿命。

为此，通过冷加工与热加工配合、优化工艺、改进装夹（炉）方式、采用先进热处理工艺与装备等方法，以提高齿圈热处理畸变合格率、加工精度，降低产品加工成本，减少废次品。

改进与优化热处理工艺控制齿圈畸变1.采取预处理工艺方法减小大型渗碳齿圈畸变大型齿圈φ2180mm（外径）×φ1750mm（内径）×550mm （宽度），材料17CrNiMo6钢，热处理畸变要求严格。

但经过渗碳淬火后，通常齿顶涨大量4~5mm，有时达6~7mm。

对此，采用以下控制措施：（1）预处理工艺的制定采用调质工艺，即860℃加热淬火（比最终淬火温度高20~30℃），并经650℃高温回火。

将其内孔直径涨大量控制在8~10mm以内，较为理想。

以后按正常的工序，经过渗碳降温空冷，然后进行（820±10）℃均温后，淬入170℃的硝盐浴中冷却，再经210℃两次回火，其齿顶圆直径仅比渗碳淬火前涨大2mm左右，满足了预期的涨大量，并且齿圈的圆度、上下锥度等均满足要求。

（2）工艺要点严格控制调质时的淬火温度，如果温度太低，则不能很好地起到减少涨大畸变的作用；反之，温度太高，则渗碳淬火后的齿顶圆尺寸可能产生收缩，因此需要进行试验。

2.改进热处理工艺减小三轮车从动齿圈热处理畸变三轮车变速箱从动齿圈（见图1），材料20CrMnTi钢，热处理技术要求：碳氮共渗的深层0.6~1.0mm，齿面与心部硬度分别为58~64HRC和35~48HRC，螺纹孔与单链槽位置度公差为0.05mm。

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。

汽车齿轮类零件变形影响因素及热处理工艺■ 杨扬，海侠女，王元栋摘要：以我公司生产的一种典型汽车齿轮零件为例，在出现变形异常且热处理前的其他工序已完成的情况下，通过增加退火工序及微调热处理完全淬火工艺参数，最大限度地控制热处理变形量，探索了不同热处理补救措施下零件的变形趋势，为处理类似问题提供了可行的补救工艺。

关键词：渗碳；热处理变形；补救工艺；退火；完全淬火一、渗碳热处理简介汽车中常用的轴和齿轮需经过锻造、正火、机加工后，进行渗碳淬火和回火等工艺热处理，得到浅表层为硬度较高的渗碳层，心部为具有良好综合力学性能的组织，这些组织以及淬火后产生的残余应力对轴和齿轮的力学性能有着决定性的作用。

渗碳的目的是为了得到高碳表面层，以及低碳的心部，以保证心部高塑性、高韧性，表层高硬度，提高工件的耐磨性和疲劳强度。

二、热处理变形浅析1. 影响热处理变形的因素在零件进行热处理的同时，必然伴随着形状与尺寸的改变，这是组织应力、热应力及重力共同作用的结果。

组织应力与热应力均为热处理应力，组织应力是指热处理过程各部位冷却的不同时性引起的各部位组织转变不同时所产生的应力，热应力是由于工件各部分的温度差异，导致热胀冷缩不均匀而引起的应力。

淬火时，零件主要发生两种变形：几何形状的变形，主要为尺寸及形状的变形，由淬火应力引起；体积的变形，主要为工件体积按比例胀大或缩小，是由相变时的比体积变化引起。

影响零件热处理变形的因素很多，淬火过程只是释放了零件的变形潜在应力，而这些变形潜在应力是锻造、机加工、热处理等整个零件加工过程中不断累积的。

热处理作为最后工序，其上游所有工序都会为零件热处理变形埋下种子，因此研究热处理变形不能单一地研究热处理工艺本身，而应该着眼于零件结构、材料以及零件的所有加工工序。

2. 退火工艺将偏离平衡状态的金属加热至较高温度并保持一定时间，然后缓慢冷却，以得到接近平衡状态组织的各种工艺方法，统称为退火，其目的在于均匀化学成分，改善力学性能及工艺性能，消除或减小内应力，并为零件最终热处理提供合适的内部组织。

齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。

在齿轮加工的过程中，常常会遇到热处理变形的问题，这会影响齿轮的精度和使用寿命。

如何在齿轮加工过程中消除热处理变形成为了重要的技术课题。

一、热处理工艺1. 热处理工艺的种类热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

这些工艺对齿轮的硬度、强度和耐磨性都会有不同程度的影响。

2. 热处理变形的原因在热处理过程中，齿轮会受到热膨胀和热应力的影响，从而产生变形。

特别是在淬火过程中，由于齿轮的不均匀冷却会导致变形更为严重。

二、消除热处理变形的工艺1. 预留余量在设计齿轮的尺寸时，可以适当增加一些余量，以便在热处理后进行修磨，从而达到消除变形的效果。

2. 低温回火在淬火后，将齿轮进行低温回火处理，可以有效减少热处理变形的产生。

低温回火可以消除淬火后的残余应力，使齿轮保持较好的形状精度。

3. 调整热处理工艺参数通过调整热处理工艺的温度、时间和速度等参数，可以减小热处理变形的影响。

选择合适的热处理工艺参数对消除变形至关重要。

4. 多次热处理在齿轮加工中，可以采用多次热处理的方法，即在不同阶段对齿轮进行热处理，这样可以减少每次热处理产生的变形量，使齿轮在每次热处理后都能保持尽可能好的形状。

5. 后加工在热处理后进行修磨和整形，可以消除一部分热处理变形，提高齿轮的精度和表面质量。

三、工艺控制1. 设计优化在齿轮的设计阶段，可以通过优化结构和材料选用等，减少热处理变形的产生。

合理的设计能够在一定程度上消除热处理变形。

2. 热处理设备的改进在热处理设备上进行改进，比如采用先进的淬火方式、控制工艺参数等，可以减小热处理变形的产生。

3. 质量控制加强对齿轮加工过程中的质量控制，确保每一道工序都符合要求，这也是避免热处理变形的重要手段。

消除热处理变形的工艺在齿轮加工中至关重要。

通过合理的热处理工艺和工艺控制，可以有效减少热处理变形的影响，提高齿轮的精度和使用寿命。

随着技术的发展，相信在未来会有更多的创新工艺出现，为消除热处理变形提供更多的解决方案。

齿轮热处理变形的原因及控制方法作者：佟艳娇王国欣来源：《环球市场》2020年第03期摘要：齒轮通常的热处理工艺为渗碳、碳氮共渗或氮化工艺。

齿轮渗碳后出现变形将对齿轮的精度和使用寿命有一定影响。

磨齿这一道工序也会出现变形，对齿轮的精度等级会有一定影响。

出现热处理变形的原因有许多，了解出现热处理变形的原因，才可以将材料的变形几率降低。

因此本文对齿轮热处理变形的变形原因进行了阐述，然后进一步介绍了齿轮热处理变形的控制方法。

关键词：齿轮;热处理;变形一、齿轮热处理变形的原因（一）齿轮材料的性质工人在对齿轮进行热处理操作的时候，会由于材料质地不同，而导致变形程度不同。

并且在热处理时如果处理的条件不同，以此造成同种材料的变形情况也会有所不同，也就是在对齿轮进行热处理时，会受到齿轮材料的影响，因此齿轮的材料会直接影响其后期的使用效果与寿命。

所以我们会对材料质量进行严格的控制，以此来保证热处理的最好效果。

（二）齿轮的设计和制造齿轮自身具备的几何形状和在进行热处理时候的自身内应力分布的情况，会对齿轮在热处理变形产生影响。

如果想最佳设计就必须对热处理之后的变形进行充分考虑，所以必须要对热处理之后的变形进行充分考虑。

工人在齿轮加工中精切前，去应力处理是可以有效减小热处理变形的关键手段，可是当前因为经济的因素往往达不到这个要求。

（三）热处理工艺规程在热处理操作的环节中，热处理工艺规程发挥着不可替代作用，他能科学合理的指导操作工艺和步骤，也只有热处理工艺规程才能够为热处理操作提供可靠的指导，让热处理过程科学合理，以此减少变形情况的发生，足见它对热处理的效果有着极为重要的影响。

可是就现在看来我们对热处理工艺规程的编制还不够科学，让其对热处理工艺造成一定的影响，从而导致热处理变形的发生。

（四）齿轮的机械加工就已知情况看现在齿轮出现热处理变形的几率与机械加工是成正比，如果是加工工艺本身有了问题，那么齿轮就一定会出现拉花出口不正或者是刀具磨损切削等情况，也就是这些情况都会让导致齿轮热处理变形的几率变大。

如何控制齿轮热处理变形摘要：文章分析了影响齿轮热处理变形的因素，提出从机加工艺、锻坯质量、稀土催渗、激光热处理等方面采取具体措施，以减小齿轮热处理变形的目的，为同类零件的热处理提供了借鉴经验。

关键词：齿轮；热处理；变形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。

1 影响齿轮热处理变形的因素1.1 机械加工。

一般热处理变形量，随机械加工变形量的增大而增大。

由于机加工工艺不当、齿轮拉花键孔时出口方向不当、刀具磨损切削时所造成的残留应力等原因都会使热处理变形增加。

此外，锻造产生金属流线不对称，金属未充满模腔，锻后冷却不均匀，也会造成热处理变形不一致。

1.2 齿轮材料。

由于原材料淬透性不同，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。

如果进厂钢材的淬透性每批都不一样且波动很大，即淬透性带宽过宽，必然会导致齿轮热处理变形无规律。

试验表明，钢的淬透性越高，热处理后齿轮的变形越大。

当心部硬度高于HRC40时，变形会明显增大。

我国的齿轮材料，其淬透性带宽相对要宽一些，有的甚至超过HRCl0，对变形影响很大。

目前，使用与零件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。

1.3 热处理工艺。

齿坯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，所以必须引起足够的重视。

常用预备热处理工艺有正火、等温退火等。

工件经过退火、正火、淬火、回火等热处理后，都可能产生热处理变形，而淬火冷却行为成为影响齿轮变形最重要的因素。

淬火时加热不均匀会引起齿轮变形，如加热速度过快或者加热介质的温度不均匀等。

淬火冷却速度越快冷却越不均匀，工件内外温度差越大，由此产生的应力也越大，产生翘曲变形的倾向就越大，变形也越严重。

齿轮热处理变形的原因及控制方法分析摘要：文章先分析了齿轮热处理变形的主要原因，包括原材料、齿轮设计和淬火处理问题，随后提出了齿轮热处理变形的控制措施，包括合理选择齿轮材料、科学设计齿轮、优选热处理工艺，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：齿轮；热处理；变形原因；控制方法引言：齿轮属于机械传动中的核心部件，也是十分重要的受力部件，因为各种因素影响，导致齿轮强度降低、韧性差和耐久性差，为此针对相关热处理工艺提出了更高的技术要求，为此需要深入分析齿轮热处理变形具体原因，同时形成有效的控制方法，进一步提升齿轮运行质量。

1.齿轮热处理变形主要原因1.原材料原材料是导致热处理变形问题的主要原因，为此在熔炼过程中应该确保齿轮材料一致性，特别是进入对称凝固环节后，需要对齿轮组成成分进行合理控制，不然容易导致在针对齿轮实施热处理过程中容易产生变形问题。

而齿轮材料淬透性同样会影响热处理变形，选择具有较高淬透性的材料，则齿轮收缩性增强，重复性更加突出，借助该种特性能够有效预防齿轮热处理中由于内控膨胀所形成的变形隐患。

但选择具有较高淬透性材料在针对齿轮实施淬火处理中容易产生不圆度扩大的问题。

1.齿轮设计齿轮设计能够直接影响齿轮几何形状，至于形状不同齿轮在实施热处理中，由于内应力分布存在较大差异，所以齿轮的设计制造同时也是影响齿轮变形主要原因。

需要相关设计人员能够在针对齿轮进行设计处理中，率先评估热处理条件下热处理变形状况，经过综合评估后继续进行设计活动。

而相关实践证明，针对齿轮进行加工制造过程中，在对齿轮进行精切前，需要率先去除应力，进一步缩减齿轮热处理变形问题，但该种方法在处理中需要投入大量经济成本，为此需要技术人员积极探索更为有效的热处理变形处理对策[1]。

1.淬火处理淬火冷却阶段是导致齿轮产生热处理变形的主要因素，在该环节内，因为齿轮受热不均，如果没有对加热速度进行合理控制，便会导致齿轮产生变形问题。

除此之外，加热介质以及加热温度整体受热不均同样会使齿轮产生热处理变形问题。