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從動(dòng)齒輪滲碳淬火錐度變形的改善
2019-02-27 00:00:00 來(lái)源：感應(yīng)加熱設(shè)備 點(diǎn)擊：1677 喜歡：0
隨著國(guó)內(nèi)鐵路的大發(fā)展，機(jī)車(chē)齒輪的產(chǎn)品也越來(lái)越多。在硬齒面齒輪的制造中，滲碳淬火作為重要的一種齒面硬化工藝方式，從強(qiáng)度的觀點(diǎn)，滲碳具有最好的綜合力學(xué)性能，因此機(jī)車(chē)齒輪目前仍普遍采用滲碳淬火作為齒面硬化方式。但由于滲碳淬火齒輪硬化工序復(fù)雜，齒輪容易產(chǎn)生變形，不僅會(huì)使后續(xù)磨削量增加，生產(chǎn)成本提高，且影響齒輪的制造精度，降低承載能力，最終影響齒輪的使用壽命。因此，在齒輪行業(yè)，減少齒輪滲碳淬火畸變一直是一項(xiàng)擺在熱處理工作者面前的重要課題。
本文針對(duì)某型號(hào)機(jī)車(chē)從動(dòng)齒輪在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中熱處理變形大的問(wèn)題，進(jìn)行了分析，提出了改善措施，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
1.齒輪相關(guān)參數(shù)和熱處理工藝
某型機(jī)車(chē)從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)如圖1所示，齒輪重量350kg，材料為18CrNiMo7-6。采用愛(ài)協(xié)林井式滲碳爐生產(chǎn)線進(jìn)行滲碳淬火，淬火介質(zhì)采用快速淬火油。
熱處理技術(shù)要求：有效硬化層深度1.6~2.2mm，磨齒時(shí)單邊留磨量0.35~0.45mm。金相組織符合ISO 6336-5 MQ級(jí)以上要求。
圖1 齒輪結(jié)構(gòu)示意
齒輪的制造工藝流程：齒坯鍛造→預(yù)備熱處理→半精車(chē)→滾齒→滲碳淬火→噴丸→精車(chē)→磨齒→磁粉探傷。
試制時(shí)，齒輪的熱處理工藝路線：經(jīng)920℃滲碳，降溫至860℃出爐緩冷，640℃高溫回火，重新加熱淬火，兩次低溫回火。滲碳、淬火時(shí)裝夾狀態(tài)如圖2所示。
圖2 滲碳淬火裝夾示意
2.熱處理變形及分析
滲碳淬火后齒輪變形量如表1所示。由表1可看出，齒輪發(fā)生了較大的錐度變形，如圖3所示。熱處理后公法線沿齒高方向相差較大。磨齒后，造成齒面有效硬化層深度不均勻。
圖3 熱處理后齒輪畸變趨勢(shì)（虛線部分）
表1 齒輪滲碳、淬火后變形量
滲碳后的錐度變形是由齒輪長(zhǎng)時(shí)間在高溫下保溫因自重產(chǎn)生的蠕變所致。所謂蠕變就是在高溫及數(shù)值不變的應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間而不斷增加著材料的變形過(guò)程。鋼在高溫狀態(tài)下強(qiáng)度很低。該齒輪屬于薄腹板從動(dòng)齒輪，腹板厚最小處僅25mm。由于輪齒部位缺乏足夠的支撐，在高溫下，齒輪腹板處強(qiáng)度大幅度下降，不能抵御自重力作用，在長(zhǎng)時(shí)間滲碳過(guò)程中，齒輪蠕變引起嚴(yán)重的錐度變形。
零件淬火時(shí)，齒寬部位受到不均勻冷卻，先冷卻的那半邊收縮，在熱邊的受制下冷邊受拉應(yīng)力，而熱邊受壓應(yīng)力。由于熱邊在高溫下的塑性較好而被壓縮。在冷卻到一定程度后，熱邊開(kāi)始冷卻，也要發(fā)生收縮現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，先冷邊為壓應(yīng)力，后冷邊為拉應(yīng)力。冷卻后期，由于處于較低的溫度，不能產(chǎn)生明顯的塑性拉長(zhǎng)，不能抵消原先被壓縮的數(shù)量值，先冷邊都不能發(fā)生明顯的塑性增長(zhǎng)和縮短，因此工件冷卻的最終結(jié)果是先冷邊縮小，后冷邊脹大。
3.改善措施
滲碳時(shí)，解決該問(wèn)題的方案就是在輪齒部位增加楔形墊塊支撐。
淬火裝夾時(shí)，將齒輪朝上方向與滲碳方向反向，使得淬火保溫時(shí)，能反向校正部分滲碳時(shí)由于自重引起的錐度變形。改善后，齒輪的裝夾示意如圖4、圖5所示。
圖4 齒輪滲碳裝夾示意 圖5齒輪淬火裝夾示意
淬火加熱時(shí)，將兩個(gè)齒輪輪齒部位的間隔由原來(lái)的50mm增加到100mm，以改善入油淬火時(shí)淬火油流動(dòng)情況，使齒輪各處冷卻均勻，各處漲量趨于一致。
改善后，熱處理變形情況如表2所示。由表2可以看出，滲碳后，齒輪上下錐度變形變化不大。但淬火后，齒輪上下錐度變形量平均值減小0.296mm，變形量減小64%。
表2 改善后齒輪滲碳淬火變形量
4.結(jié)語(yǔ)
（1）齒輪裝夾時(shí)，在齒部位使用平整的楔形墊塊支撐，可保證薄腹板整體式從動(dòng)齒輪輪輞部位在滲碳過(guò)程中的強(qiáng)度，減小因自重而產(chǎn)生的變形。
（2）淬火時(shí)，齒輪裝夾與滲碳時(shí)反向，可有效改善滲碳時(shí)的錐度變形。
（3）淬火時(shí)，齒輪的上下間距應(yīng)符合工藝要求，保證淬火時(shí)齒輪冷卻均勻。
（4）滲碳、淬火后要及時(shí)測(cè)量變形情況，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果，及時(shí)調(diào)整熱處理工藝和裝爐方式。
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