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        履帶式推土機(jī)滲碳齒輪熱處理工藝現(xiàn)狀

        2014-08-21 08:01:46段友全邵夫奎潘凡軍
        建筑機(jī)械化 2014年4期
        關(guān)鍵詞:淬透性心部小松

        段友全,邵夫奎,潘凡軍

        DUAN You-quan, SHAO Fu-kui, PAN Fan-jun

        (1.山推工程機(jī)械股份有限公司,山東 濟(jì)寧 272073;2.濟(jì)寧市天翔機(jī)械制造有限公司,山東 濟(jì)寧 272400)

        目前,國產(chǎn)162~235kW的大功率履帶式推土機(jī)產(chǎn)品的變速箱及終傳動(dòng)的齒輪的壽命已由6000h提高到8000~10000h,但仍與國外著名企業(yè)產(chǎn)品存在一定差距。如何選用合適滲碳齒輪材料及熱處理來保證齒輪質(zhì)量及壽命是工作的關(guān)鍵。本文綜合國內(nèi)外履帶式推土機(jī)的滲碳齒輪所用材料進(jìn)行分析,并介紹了國內(nèi)滲碳齒輪的熱處理工藝現(xiàn)狀。

        1 國內(nèi)外履帶式推土機(jī)齒輪用鋼現(xiàn)狀

        1.1 國外滲碳齒輪鋼應(yīng)用情況

        日本小松公司滲碳齒輪用SCM420H、SCM822H-K、SNCM420H、SNCM420H-K,做變速箱、終傳動(dòng)及螺傘配對的齒輪。對需要滿足高淬透性和對心部韌性要求高的材料,主要選用齒輪用鎳鉻鉬鋼SNCM420H-K。

        美國卡特公司采用1E1054以及SAE(美國汽車協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))的鋼種。變速箱使用8620H、8720H,終傳動(dòng)的齒輪采用含Ni高的鋼4320H等。

        淬透性帶越窄越好,便于降低熱處理畸變。主要廠家的淬透性寬窄幅度見表1。

        1.2 國內(nèi)齒輪應(yīng)用鋼材情況

        國產(chǎn)履帶式推土機(jī)應(yīng)用最多的是20CrMnTi、20CrMo、20CrMnMo、20CrNi2Mo等鋼種,通過引進(jìn)日本小松、美國卡特公司先進(jìn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),開展齒輪零件熱處理工藝試驗(yàn)及研究,先后研制、開發(fā)了新的滲碳齒輪用鋼:20CrMoH、20CrNiMoH、20CrNi2MoH, 新 鋼的使用大大提高了齒輪使用壽命。

        表1 國外大公司對滲碳齒輪淬透性帶寬要求

        20CrMnTi由于價(jià)格低,工藝成熟,仍是國內(nèi)使用最普遍的滲碳鋼。20CrMoH鋼冶煉工藝穩(wěn)定,淬透性帶較窄易控制,與20CrMnTi材料相比,熱處理畸變低,滲層有良好的淬透穩(wěn)定性,適用模數(shù)更大的齒輪。撫順鋼廠按日本小松SCM420H、SNCM420H、SNCM420H-K研制開發(fā)的20CrMoH、20CrNiMoH、22CrNi2MoNbH鋼,分別適合m<5、5≤m<8、8≤m模數(shù)的齒輪用材,其化學(xué)成分、機(jī)械性能、淬透性、非金屬夾雜物、晶粒度都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,其實(shí)物的表面硬度、硬化層深度、心部硬度、組織狀態(tài)等都滿足圖紙要求。

        我公司通過最近3年使用的數(shù)批次的22CrNi2MoNbH鋼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,[O]在16~20ppm之間,淬透性范圍J1.5=43~46HRC、J9=34~38HRC、J15=29~31HRC,晶粒度6~8級,非金屬夾雜物A、B、D的細(xì)系最高1.5級,粗系及C細(xì)系均為0級。制作小齒輪(齒數(shù)12、模數(shù)9;齒數(shù)12、模數(shù)12)經(jīng)滲碳、淬火回火后表面硬度在61~64HRC、硬化層深度2.3~2.7mm、心部硬度及尺寸變形都滿足圖樣要求。

        2 齒輪的設(shè)計(jì)要求

        1)齒輪的疲勞強(qiáng)度 通常與硬度和抗拉強(qiáng)度成正比??ㄌ毓?、小松公司對重載的履帶式推土機(jī)的滲碳齒輪要求表面硬度為60~64HRC,GB/T3480.5標(biāo)準(zhǔn)推薦表面硬度為58~64HRC。疲勞壽命受原材料冶金因素尤其是淬透性性、鋼的純凈度、殘余應(yīng)力等影響大。

        2)齒輪的純凈度 主要是非金屬夾雜物的數(shù)量、類型、大小、分布,純凈度對疲勞影響比化學(xué)成分、顯微組織、應(yīng)力梯度的影響更大。因此鋼材冶煉時(shí)進(jìn)行脫氣處理,降低氧化物、硅化物等夾雜物,提高齒輪的抗點(diǎn)蝕和剝落能力。

        3)硬化層深度 以齒輪的抗點(diǎn)蝕和抗剝落性能為主,硬化層可以選擇深一些。但只要能夠滿足承受最大接觸應(yīng)力或最大切應(yīng)力就可以。

        4)心部硬度 主要受鋼材淬透性的影響,齒輪的心部硬度最佳為30~41HRC,如果心部硬度過低,齒輪使用過程中容易造成硬化層壓碎;如果硬度過高,齒表面殘余應(yīng)力將降低,因而降低了齒輪接觸疲勞強(qiáng)度,導(dǎo)致齒輪副嚙合不良,使齒輪局部應(yīng)力集中,產(chǎn)生噪音和振動(dòng),以致造成點(diǎn)蝕和剝落。兩家公司要求硬化層深度及心部硬度范圍見表2??ㄌ毓尽⑿∷晒緸樘岣啐X輪接觸疲勞性能對齒輪的分度圓和齒寬中部區(qū)域的齒面留有鼓形量(0~0.005)。

        3 履帶式推土機(jī)滲碳齒輪熱處理

        多年來,卡特公司、小松公司對大模數(shù)齒輪的熱處理畸變進(jìn)行研究,總結(jié)出變形特點(diǎn)和規(guī)律,在滲碳前,預(yù)留畸變形,而使熱處理變形對齒面有一定的補(bǔ)償。滲碳后,根據(jù)齒輪材料不同,有的采用直接淬火,有的需要重新加熱淬火,達(dá)到所要求的表面硬度和心部硬度后,再在專用淬火機(jī)床上淬火,達(dá)到最佳的滲層深度和心部硬度,獲得高的心部韌性和小的變形,保證合適的齒輪精度。

        表2 齒輪模數(shù)與硬化層深度、心部硬度要求

        要提高工程機(jī)械齒輪的質(zhì)量,除選擇合適的材料外,還必須對熱處理工藝進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范,尤其是要有好的熱處理設(shè)備來保證,通過引進(jìn)大量的國外熱處理設(shè)備(例如:易普森多用爐、格里森淬火壓床等),大大提高了滲碳齒輪的質(zhì)量,其設(shè)備的精度、生產(chǎn)能力、制造技術(shù)水平與國外同步。

        齒輪鍛坯的預(yù)先熱處理與齒輪的變形有關(guān),工程機(jī)械滲碳齒輪鍛造毛坯均要經(jīng)過正火處理,目的是調(diào)整鋼件的顯微組織和硬度,改善加工性能。也可采用等溫正火工藝,能使零件組織和硬度均勻,減少滲碳淬火齒輪的有效方法之一。應(yīng)用新型的齒輪用鋼22CrNi2MoNbH,提高鋼材純凈度,降低氧含量,降低非金屬夾雜物的大小,控制淬透性帶的寬窄,控制化學(xué)成分的波動(dòng),從而減少熱處理畸變。

        4 結(jié) 語

        履帶式推土機(jī)的滲碳齒輪的壽命所受的影響因素很多,除是冶金因素化學(xué)成分、淬透性及夾雜物的影響外,更多的是受熱處理工藝影響,熱處理決定了齒輪的表面硬度、硬化層深度及心部硬度,從而決定了齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度即齒輪壽命,要控制好各個(gè)因素的影響,提高履帶式推土機(jī)齒輪壽命。

        [1]祁 兮.推土機(jī)用齒輪鋼的系列化研究[J].工程機(jī)械,1993,(5):10-14.

        [2]段友全.卡特D9型履帶式推土機(jī)滲碳齒輪[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,1994,(1):32-35.

        [3]李寶奎,王愛香,顧 敏.滲碳淬火齒輪畸變控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].金屬熱處理,2006,(12):6-11.

        [4]王之香.Nb對重載齒輪用20CrNi2Mo鋼組織和力學(xué)性能的影響[J].金屬熱處理,2013,(6):46-48.

        [5]劉永魁.美國卡特彼勒公司熱處理技術(shù)要求的一些特點(diǎn)[J].工程機(jī)械,2005,(12):54-55.

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