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        淺議熱處理工藝對齒輪性能的改變

        2019-11-29 08:48:01梁麗紅
        商品與質(zhì)量 2019年20期
        關(guān)鍵詞:滲碳淬火奧氏體

        梁麗紅

        久益環(huán)球(天津)裝備制造有限公司 天津 300300

        在機(jī)械設(shè)備當(dāng)中,除了較為常見的一般性零件外,還會使用到螺母、螺栓、齒輪和彈簧等的標(biāo)準(zhǔn)件、常用件。國家標(biāo)準(zhǔn)對這些零件的尺寸、結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)、技術(shù)都做了完備的規(guī)定,以求降低制造的設(shè)計(jì)工作量,提高制造的效率和產(chǎn)量。但是國家方面只是對這些構(gòu)件的基本情況做了規(guī)定,但是材料不同、熱處理工藝的不同,材料的性能也會發(fā)生變化,本文就主要圍繞齒輪這種最為基本的構(gòu)件,探究熱處理工藝對其性能的影響。

        1 不同材料制造的齒輪性能存在差異化

        齒輪需要按照具體的工作條件和特定需求,選擇合適的材料,不同的材料對齒輪的工作性能以及壽命都會產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。比如速度比較高的齒輪傳動,便容易產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕,因此就需要選擇齒面硬度比較堅(jiān)硬的材料;對于有沖擊載荷的齒輪傳動,因?yàn)槠浔容^容易折斷,所以盡可能選擇韌性比較理想的材料;低速重載的齒輪傳動,因?yàn)槠浔容^容易折斷,所以就應(yīng)該選擇機(jī)械程度高、齒面硬度更高的材料進(jìn)行制造[1]。

        首先,45鋼熱處理后制造的齒輪,會具有非常理想的綜合機(jī)械性能。而經(jīng)過調(diào)質(zhì)或正火,齒輪的金相組織以及材料的可削性,并且降低表面的粗糙程度。因?yàn)?5鋼本身的淬透性并不理想,而且經(jīng)過淬火以后的變形程度較高,所以大多會采用齒輪表面淬火的方式進(jìn)行加工制造。

        其次,400Cr是中碳合金鋼,用其制造的齒輪和45鋼相比,因?yàn)榧尤肓松倭裤t合金的緣故,讓金屬晶粒更加細(xì)化,減少了淬火時(shí)變形的可能性。

        再次,使用低碳合金鋼18CrMnTi,其能夠確保齒輪的表面獲得較高的硬度、而內(nèi)心卻又能夠擁有足夠的韌性以及較高的抗彎曲、抗疲勞程度。這種材料具有非常理想的切削性,滲碳時(shí)工件的變形程度也會比較低,多用于汽車、拖拉機(jī)中需要有較大承載壓力的齒輪。

        最后,38CrMoAIA氮化鋼,經(jīng)氮化處理后生成的齒輪具有更好的耐腐蝕性和耐磨性,其變形的可能性更低,甚至于可以不用磨齒就投入使用,目前此類型材料制作的齒輪大多用于高速傳動的設(shè)備和機(jī)械當(dāng)中[2]。

        2 在齒輪制造過程中不同階段,不同的熱處理也可提高齒輪的性能

        齒輪制作主要分為兩個(gè)非常重要的階段,其在各自的階段借助不同的熱處理方式,也會產(chǎn)生不同的性能效果。

        2.1 齒輪毛胚的制造

        齒輪毛胚的形式主要是使用鍛件、棒料、鑄件等尺寸比較小、結(jié)構(gòu)相對簡單的齒輪。鍛件則用于齒輪相對要求較高,強(qiáng)度性、耐沖性和耐磨性都有著明確要求的齒輪制造,當(dāng)齒輪的直徑處于400-600mm之間時(shí),就可以采用鑄造的方法鑄造齒輪,以求降低機(jī)械加工量,制造出低精度、大尺寸的齒輪。

        齒坯的熱處理最常用的就是正火或者調(diào)質(zhì)的方法,正火一般安排在鍛造或者鍛造之后,正式進(jìn)行切削加工之前,如此就可以全面消除鋼件當(dāng)中殘存的內(nèi)應(yīng)力,更調(diào)整了鍛造以后組織上的不均勻性,讓結(jié)晶得到重新組織,改善了齒輪表面的粗糙程度,更降低了因?yàn)榇慊鸲霈F(xiàn)的變形傾向[3]。調(diào)質(zhì)同樣還具有均勻組織和細(xì)化顆粒的作用,只是其切削性相對較差、韌性相對較高;而對于棒料齒坯,處于消除粗車生成的內(nèi)應(yīng)力的目的,正火或調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后。

        2.2 輪齒的熱處理

        輪齒常用的熱處理工藝主要包括三種,分別是高頻淬火、氮化以及滲碳。其中高頻淬火可以形成較之普通淬火更加強(qiáng)硬的表面,且維持了中心的強(qiáng)度以及韌性;氮化則是將齒輪放置在氮?dú)猱?dāng)中直接加熱到520-560度范圍,讓活性的氮原子徹底滲入輪齒表面,形成高硬度的氮化物薄層;滲碳則是讓齒輪在經(jīng)歷過淬火以后,表面具有更高的硬度、而且更加耐磨,同時(shí)齒輪的心部同樣能夠保持較高的硬度和韌性[4]。

        3 熱處理工藝與材料金相組織的變化闡釋

        3.1 正火對滲碳齒輪產(chǎn)生的影響

        正火組織中存在著粗大的粒狀貝氏體,遇到鍛造時(shí)的高溫加熱、就有可能面臨奧氏體晶粒的粗大、不均勻等一系列問題;另一方面,奧氏體晶粒內(nèi)含的低碳合金鋼具有非常鮮明的組織遺傳性,在經(jīng)過鍛造后冷卻時(shí),粗大晶粒部分很容易獲得非常穩(wěn)定的顯微組織;而晶粒細(xì)小部分則更容易獲得F+P。同時(shí),在后期加熱的過程中,滲碳會因組織遺傳形成新的粗大晶粒,促使淬火內(nèi)應(yīng)力分布不均,基于此則可以采用較長時(shí)間的二次正火和高溫的方法,通過相變硬化,讓奧氏體在高溫的條件下再度結(jié)晶,進(jìn)而達(dá)到消除組織遺傳、細(xì)化精粒、保障齒輪正常使用的效果和作用。

        3.2 碳、氮共滲及淬火對齒輪產(chǎn)生的影響

        低碳鋼件經(jīng)過滲碳可以讓鋼件的表面獲得較高的碳濃度,再經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗鸹虼慊鹛幚恚涂梢蕴岣咪摷砻娴哪湍バ?、硬度以及抗疲勞程度,同時(shí)讓心部保持很好的韌性及塑性[5]。但是因?yàn)閵W氏體晶粒大、滲碳溫度高,殘余的奧氏體耐磨性降低、變形程度高、組織也會變得非常粗大;采用碳氮共滲則溫度較低,晶粒不斷長大的可能性很低,而且在預(yù)冷淬火后可以得到含氮馬氏體、殘余奧氏體及碳氮化合物全新物體,其不僅變形小、顆粒程度低,而且經(jīng)過如此操作得到的齒輪其耐磨性更為理想,內(nèi)部組織更保證了其本身具有極高的抗沖擊性和強(qiáng)度。

        4 結(jié)語

        通過對以上內(nèi)容展開分析,我們可知要想借助熱處理幫助齒輪發(fā)揮更為理想的性能,需要從這樣幾個(gè)角度來實(shí)現(xiàn):

        第一,合理選擇用以制造齒輪的材料;第二,合理選擇熱處理工藝,避免齒輪當(dāng)中出現(xiàn)缺陷組織;第三,合理鍛造、降低碳化物的帶狀偏析,確保齒輪內(nèi)部組織的均勻性、進(jìn)而減少內(nèi)應(yīng)力。

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