硅谷杂志：浅谈齿轮热处理常见缺陷及预防措施 |
| 2012-07-19 12:03 作者：谢守明 孙文斌 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月19日消息 （原文载于《硅谷》杂志）分析齿轮在热处理及关联工序中遇到的质量问题，提出预防措施和改进方法。
随着煤矿产量的需求掘进机机型不断增大，对齿轮质量、性能要求越来越高，齿轮在热处理过程中变形开裂、在采煤掘进中齿轮箱推齿时有发生，在此对齿轮热处理过程中遇到的技术、质量问题及解决方法阐述如下。
1采用不同加热方式对齿轮机械性能的影响
齿轮热处理常用加热方式有两种a.整体加热；b.表面感应加热。常用渗碳齿轮材料20CrMo、20CrMnTi、20Cr2Ni4A钢等。
1.1渗碳齿轮整体淬火
1）其目的是要求表面具有高的强度、硬度及耐磨性，心部也具有高的综合机械性能，负荷大、转速高、齿面耐磨的齿轮常用整体淬火。
2）渗碳齿轮心部强度、硬度、抗冲击力要求高时，淬火温度则选择高些，采用淬火温度840±10℃，回火温度200±10℃，淬火后得到的金相组织是［表面M＋Fe3C.心部低碳M］，低碳M量高。
3）渗碳齿轮表面强度、硬度及耐磨性要求高时，淬火温度则选择低一些，采用淬火温度800±10℃，回火温度180±10℃，淬火后得到金属组织是［表面M＋Fe3C.心部低碳M］，低碳M量低。
1.2渗碳齿轮齿面淬火
其目的是要求齿轮齿形表面具有高的强度、硬度及耐磨性,而心部综合机械性能要求不高,负荷较小的齿轮常采用齿面淬火。
1.3调质齿轮齿面淬火
其目的是要求齿轮齿形表面有高的强度、硬度及耐磨性，心部具有良好综合机械性能。常用调质齿轮材料35CrMo、40Cr、42CrMo、钢等。负荷大转速低耐磨性要求不高的齿轮常采用此种处理方式。
2齿轮常见热处理缺陷及防止方法
2.1裂纹
1）渗碳扩散阶段碳势高，渗层碳浓度过高、梯度大，磨削时齿面起皮脱落。解决方法：强渗阶段碳势控制在1.0～1.20％C之间，扩散阶段碳势控制在0.80％C左右，保温90分钟，可有效防止在磨削时齿轮渗碳层起皮脱落。（见图1）。
2）齿轮渗碳出炉温度低于≤840℃、出炉聚堆、冷速慢,渗层产生网状碳化物和大块铁素体，这两种组织脆性极大，磨削时齿面必然产生龟裂现象。解决方法：井式气体渗碳炉850±10℃出炉,齿轮散开空冷；多用炉860±10℃前室风扇冷却。
3）渗碳齿轮正火空冷时聚堆、冷速慢、渗层产生网状碳化物和大块铁素体，磨削时齿面产生龟裂。解决方法：渗碳齿轮正火空冷时，一定要散开，多功能炉正火风扇冷确。齿轮渗碳层已经产生了网状碳化物和大块铁素体，采用920±10℃重新正火可消除此种组织。处理不当以上情况将再次产生。
4）没及时回火齿轮开裂。解决方法：淬火齿轮组织应力、热应力都很大，随时都有开裂危险，需及时回火并回火时间充分。
2.2变形
变形量按淬火方式排列：整体淬火＞表面淬火；变形量按加热设备排列：多用炉＞盐浴炉＞高频、中频炉。
1）升温速度快，淬火温度高，冷速快，表面和心部产生的温差大，势必造成齿轮内部组织应力和热应力增大，导致齿轮变形量超差。解决方法：采用较低的淬火温度并控制升温速度在150～180℃／1小时或采用分段加热方式，缩小表面和心部的温度差，热应力则小,可有效控制齿轮变形量。感应加热可采用大功率短时间快速加热，齿轮表面加热层浅,组织应力和热应力小,可减小变形。
2）感应加热时，齿轮与感应器不同心，外圆受热不均将造成变形。解决方法：齿轮在感应器中加热采用旋转方式可减小变形。
3）齿轮淬火装炉摆放不当、受热不均，冷却方式不当齿轮将变形。解决方法：齿轮装炉摆放均匀、放平，轴齿轮垂直放立、厚度较小的齿轮可重叠摆放。淬火时齿轮以端面为准、齿轮轴以轴心为准，垂直淬入30～60℃热油中并上下移动，冷至120～180℃〔齿轮表面冒青烟但不着火为最佳〕出油空冷，变形小。多用炉采用搅拌冷却，油温冷至120～180℃则停止搅拌，工件在热油中冷却，或模数≤5的小齿轮采用无搅拌冷却，可减小变形。
3.锻造毛坯齿轮对齿轮机械性能的影响
1）始锻温度高保温时间长，齿轮晶粒粗大、过热；终锻温度低或毛坯齿轮在锻造中本身温度已降很低继续锻打，齿轮内部将产生微裂，对后序热处理有着极大影响。解决方法：按材质控制始锻温度和终锻温度，严格执行锻造工艺。
2）同一炉保温开始锻打的齿轮与最终锻打的齿轮间隔时间长，造成后锻造的齿轮保温时间长组织粗大、过热,后序处理变形量将增大。解决方法：锻造毛坯齿轮制定装炉量和保温时间。
3）锻造毛坯齿轮正火目的。①细化晶粒，均匀组织，改善内部结构，为淬火做好组织准备。②改善切削加工性能，提高机械性能。③消除内应力，稳定零件尺寸，避免或减少后序渗碳、淬火等热处理工序中的变形和开裂。
4）毛坯齿轮装炉量过多，装炉不均匀，加热不透，造成组织应力和热应力消除不彻底,将造成齿轮在后序热处理中变形或开裂。解决方法：毛坯齿轮应炉内均匀散装，控制好装炉量和保温时间。预先热处理，是非常重要的一道热处理工序，不容忽视，是保证齿轮机械性能和质量的重要基础。
4其它因素对齿轮机械性能和质量的影响
1）磨削时，进给量大，磨削速度快，齿面温度过高，磨床冷却剂对其冷却，形成再次淬火，造成齿面裂纹。解决方法：根据不同材质、不同余量确定齿轮磨加工合适的进给量、磨削速度、磨削深度。
2）齿轮加工留量要合理，正确安排机加工艺路线，齿轮壁厚或壁薄热处理时齿轮内孔将产生缩小、胀大的变化，带有键槽的齿轮，内径向键槽方向膨胀，形成椭圆形。解决方法：先淬火、回火，再精加工内径、插键，可减少齿轮变形。
5结束语
以上内容是长期对热处理技术刻苦专研、在一线生产车间技术亲身经历积累的结晶，也是理论与实践结合对齿轮热处理得出的经验总结。现在渗碳齿轮表面淬火改为整体淬火,齿轮机械性能提高，热处理质量稳定，合格率高达98％以上，已经处理了几十种、数万件齿轮取得了良好效果，产品销售全国各大煤矿并出口国外，经济效益显著提高，实践证明运用上述预防措施和解决方法非常凑效可行。
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