淺析采用淬火機(jī)對(duì)齒輪進(jìn)行表面淬火的工藝介紹

中頻淬火機(jī)對(duì)齒輪進(jìn)行表面淬火主要是通過(guò)快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。...

淬火機(jī)對(duì)齒輪進(jìn)行表面淬火主要是通過(guò)快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用快速加熱使鋼件表面很快地達(dá)到淬火的溫度，而不等熱量傳至中心即迅速予以冷卻，便可以只使表層被淬硬為馬氏體，而中心仍為未淬火組織（即原來(lái)塑性和韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織)。工件采用中頻淬火機(jī)進(jìn)行淬火熱處理，常用的淬火介質(zhì)有很多，如水、硝鹽、油、水溶液等。

表面淬火齒輪的機(jī)械加工工藝流程一般為：備料→鍛造→正火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)處理→機(jī)械半精加工→表面淬火十低溫回火→磨削。該工藝流程中各熱處理的目的簡(jiǎn)述如下。

(1)正火

消除鍛造應(yīng)力，均勻組織、細(xì)化晶粒，改善切削加工工藝性和表面加工質(zhì)量。

(2)調(diào)質(zhì)處理

為了提高齒輪心部的綜合力學(xué)性能，以承受交變彎曲應(yīng)力和沖擊載荷，還可減小工件表面淬火變形。

(3)表面淬火十低溫回火

它是決定齒輪表面性能的關(guān)鍵工序，采用淬火機(jī)進(jìn)行表面淬火可提高齒輪表面的硬度和耐磨性，并使其具有殘余壓應(yīng)力，從而提高負(fù)荷的能力；低溫回火是為了消除淬火應(yīng)力，防止產(chǎn)生磨削裂紋，提高抗沖擊能力。

對(duì)調(diào)質(zhì)鋼而言，表面淬火十低溫回火后的組織由淬硬層、過(guò)渡層和原始組織三部分組成。工件表層為隱針回火馬氏體，心部為回火索氏體（調(diào)質(zhì)態(tài)）或鐵素體十珠光體（正火態(tài))。

采用淬火機(jī)進(jìn)行表面淬火后，工件的硬度比普通熱處理要高出2～5HRC。齒輪出現(xiàn)軟點(diǎn)缺陷的原因及對(duì)策如下：1、齒輪表面局部脫碳、銹蝕或附著有臟物（如涂料），淬火時(shí)未脫落，導(dǎo)致局部冷卻速度太慢，為此，我們應(yīng)采用機(jī)械加工去掉脫碳層，清洗干凈齒輪表面，按要求部位認(rèn)真涂覆防滲涂料。由于表面淬火后表層形成較大的殘余壓應(yīng)力，故表面淬火后疲勞極限可提高5--7倍，并且降低了工件的缺口敏感性。由于高頻表面淬火組織細(xì)、磁化物分布均勻且細(xì)?。杂捕雀摺?qiáng)度大，比一般淬火件的耐磨性要高，可大幅度提高抗接觸疲勞能力。

機(jī)床刀墊采用超音頻淬火爐進(jìn)行熱處理的工藝分析

機(jī)床刀墊的厚度為8mm，牙根部槽深為2mm，材料為40Cr鋼。熱處理技術(shù)要求：整體淬火回火后硬度為42-47HRC，平面度誤差≤0.4mm。為滿(mǎn)足此技術(shù)要求，采用超音頻淬火爐進(jìn)行熱處理，效果良好。

（1）工藝流程 下料（40Cr鋼板材）一正火、校正、時(shí)效一機(jī)械加工一淬火、 校正、回火一噴砂一發(fā)藍(lán)一機(jī)械加工。

（2）熱處理工藝

1）正火、校正及時(shí)效。板料先采用超音頻淬火爐進(jìn)行正火熱處理，加熱溫度為840-860℃，出爐后進(jìn)行熱校正，平面度誤差控制在1mm以?xún)?nèi)，再進(jìn)行時(shí)效處理。

2）淬火與回火

1、淬火。采用超音頻淬火爐進(jìn)行，溫度為850℃，隨后及時(shí)回火。

2、回火?；鼗饻囟葹?80℃，回火后平面度誤差應(yīng)控制在0.4mm以?xún)?nèi)。

對(duì)于回火后畸變超差的刀墊可重新夾胎具校正，即在刀墊畸變的高點(diǎn)處墊一個(gè)0.40mm的薄墊，裝胎具卡緊后再提高溫度10-20℃后重新回火。

3）噴砂。將刀墊表面的氧化皮等用噴砂機(jī)進(jìn)行噴砂處理，為發(fā)藍(lán)做好準(zhǔn)備。

（3）檢驗(yàn)結(jié)果 整體硬度為42 -47HRC，用塞尺檢驗(yàn)刀墊平面度，平面度誤差≤0.4mm，均滿(mǎn)足技術(shù)要求。

揭秘軸承零件采用中頻淬火設(shè)備進(jìn)行熱處理的具體工藝

軸承零件在工作過(guò)程中要承受交變應(yīng)力，因此，生產(chǎn)上要求軸承零件具有高的性能、高的耐磨性以及良好的尺寸穩(wěn)定性。為滿(mǎn)足上述需要，很多廠(chǎng)家采用中頻淬火設(shè)備進(jìn)行熱處理，效果良好。

軸承零件采用中頻淬火設(shè)備進(jìn)行加熱熱處理，加熱溫度為850℃。

套圈淬火冷卻在特殊冷卻裝置上進(jìn)行，以保證水以10-15m/s速度通過(guò)淬火零件的表面。水壓為1.5-3MPa，其快速冷卻時(shí)間以保證零件于150℃左右自回火。低溫回火160-170℃。

空心滾子（直徑φ32mm×52mm×φ12mm）表面淬火采用中頻淬火設(shè)備進(jìn)行，溫度為930-960℃，時(shí)間15s，隨后均溫。內(nèi)徑表面溫度650-750℃時(shí)使?jié)L子內(nèi)外表面形成奧氏體，然后用快速流動(dòng)水冷卻。

表面淬回火后技術(shù)要求：表面硬度為61-64HRC，中心硬度為31-43HRC；淬火層深度為2.0-3.5mm。表層的顯微組織為隱晶（或細(xì)晶馬氏體），殘留碳化物以及殘留奧氏體組成，中心組織為托氏體與索氏體的混合組織。

齒輪淬火變形的分析和對(duì)策

7T火車(chē)后橋錐齒輪是汽車(chē)傳遞動(dòng)力和改變速度的重要零件，工件材料為22CrMOH鋼。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，齒輪熱處理后部分工件出現(xiàn)貫穿性裂紋，另外一些齒輪發(fā)現(xiàn)起邊超差缺陷，造成不少齒輪失效報(bào)廢。

錐齒輪要求滲碳層深度為1.7-2.1mm,碳化物為1-5級(jí)，馬氏體和殘留奧氏體為1-5級(jí)，表面硬度為60-64HRC，芯部硬度為35-40HRC。從而使鑄鐵采用中頻淬火機(jī)進(jìn)行熱處理，既可獲得具有相當(dāng)于高碳鋼的性能，又可獲得相當(dāng)于中、低碳鋼的性能，而鋼則沒(méi)有這種可能性。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)齒輪花鍵根部應(yīng)力集中部位是裂紋源處，裂紋沿軸向擴(kuò)展貫穿軸頸本體，部分主動(dòng)齒輪裂紋嚴(yán)重貫穿齒根與齒頂處，開(kāi)裂特征明顯。金相組織檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)齒輪帶狀組織中鐵素體帶處是裂紋源頭，裂紋擴(kuò)展并與帶狀組織平行。部分裂紋呈鋸齒狀形貌，同事出現(xiàn)嚴(yán)重的次生裂紋，部分裂紋呈碎裂狀形貌。

分析認(rèn)為，從動(dòng)齒輪畸變超差失效是因工件組織均勻性差，帶狀組織嚴(yán)重引起的，工件在熱處理中各個(gè)部位膨脹系數(shù)以及相變比體積變化差異大，引起較大的組織應(yīng)力，造成工件畸變過(guò)大超差而失效。我們可以使用示波器對(duì)逆變晶閘管的換流角進(jìn)行觀(guān)察,然后將換流角調(diào)整到相對(duì)比較合適的數(shù)值。主動(dòng)齒輪出現(xiàn)軸向裂紋系因帶狀組織嚴(yán)重超差造成的。由于帶狀組織嚴(yán)重，相鄰部位顯微組織不同，差異很大，在外力作用下，性能薄弱處和強(qiáng)弱帶間適應(yīng)力集中處，該處力學(xué)性能低而各向異性明顯，并且處于高應(yīng)力作用，其橫向強(qiáng)度比縱向斷裂強(qiáng)度明顯低下，在熱處理中產(chǎn)生的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下，主動(dòng)齒輪在應(yīng)力集中薄弱區(qū)域萌生裂紋并擴(kuò)展快裂。

根據(jù)以上分析，提出工藝改進(jìn)措施如下：

（1）生產(chǎn)中從首工序嚴(yán)吧材料檢驗(yàn)質(zhì)量關(guān)口，要求帶狀組織≤3級(jí)，其他各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，性能指標(biāo)合格，不允許不合格材料混入生產(chǎn)流程。

（2）齒輪鍛件毛坯件應(yīng)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，帶狀組織≤3級(jí)的合格坯件可進(jìn)入加工程序，防止不合格鍛件進(jìn)入再加工工序。

（3）建議鋼廠(chǎng)個(gè)鍛造廠(chǎng)采用新技術(shù)工藝，提高鋼材和鍛件毛坯組織性能質(zhì)量，為減少和消除齒輪組織缺陷和畸變裂紋缺陷失效奠定基礎(chǔ)。