变速箱齿轮的热处理工艺分析

来源:热处理工艺问答作者:杨满

一般变速的齿轮都被称为变速器齿轮。热处理是机械制造过程中的重要工序。变速箱齿轮的热处理工序位置及热处理工艺选择、安排是否得当,对于零件的质量及切削加工性能起着至关重要的作用。根据热处理的目的及工序位置不同,热处理分为预备热处理和最终热处理。下面我们重点来探讨热处理工序位置及热处理工艺选择:
    1 .预备热处理的工序位置及热处理工艺选择:
    为消除经过锻造的变速箱齿轮毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织,并改善切削加工性能,为淬火作好组织准备,一般在锻造之后、切削加工之前,可采用退火正火作为预备热处理。由于变速箱齿轮尺寸较小,且厚度较均匀,在正火退火均可使用的前提下,为提高工作效率,宜选用正火作为预备热处理。
    2 .最终热处理的工序位置:
    最终热处理包括各种淬火回火、表面热处理等。零件最终热处理之后,即可获得所需的力学性能:因零件硬度较高,除磨削加工之外不宜进行其他形式的切削加工,故最终热处理均安排在半精加工之后,磨削加工之前。
    3 .最终热处理工艺方法选择:
    根据变速箱齿轮的工作条件及失效形式,对变速箱齿轮的技术条件要求如下:
    齿轮根部σ b > 1000Mpa , a k > 60J/cm 2 ;
    齿面硬度 58 ~ 64HRC ,心部硬度 30 ~ 42HRC 。
    根据以上技术条件,变速箱齿轮材料 : 20CrMnTi 采用的最终热处理工艺为:先渗碳,使表面碳含量增加,心部仍维持低的含碳量,保持心部较高的强度和冲击韧性;渗碳之后进行淬火和低温回火,使轮齿表面硬度达到高硬度要求,心部仍维持较低的硬度。
    正确分析和理解热处理性能指标,对保证零件的质量,满足使用性能的要求,延长零件的使用寿命,具有重大意义。主要的热处理工艺性能指标及要求如下:
    1、淬透性:
    淬透性的波动范围直接影响到齿轮的产品质量。淬透性过低,则制成的齿轮渗碳淬火后,心部硬度低于技术条件规定的数值,疲劳试验时,齿轮的疲劳寿命降低;若淬透性过高,则齿轮渗碳淬火后,内孔收缩量过大而影响齿轮装配。
    由于淬透性对轮齿心部的硬度和畸变有重大影响, GB5216-85 规定:用于制造齿轮的 20CrMnTi 的淬透性指标为:距水冷端 9 咖处的硬度为30~ 42HRC 。
    2、变形开裂倾向:
    齿轮在淬火时因加热或冷却速度太快,加热或冷却不均匀都可能造成工件变形甚至开裂。因此,设计齿轮时,在结构上应尽量避免尖角或厚薄断面的突然变化;淬火时,尽量选择冷却速度较慢的专用淬火油进行淬火。通过以上手段来减少变形开裂倾向。
    3、淬硬性:
    淬硬性指钢在正常淬火条件下,以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度。淬硬性主要取决于钢中的含碳量。含碳量越高,淬火后硬度越高。变速箱齿轮通过渗碳使齿轮表面达到高含碳量,淬火后使齿轮表面达到:齿面硬度 58 ~ 64HRC ,,才能满足齿轮表面高硬度、高耐磨的特性,保证齿轮齿面有足够的使用寿命,不发生齿面点蚀和磨损。
    为了保证变速齿轮的运行正常,我们需要考虑到的就不止以上几个因素,还有钢的回火稳定性、过热敏感性、回火脆性和尺寸稳定性等,只有正确处理以上各种因素对热处理的影响,才能进一步提高变速箱齿轮的质量和寿命。