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公司新聞

從動(dòng)齒輪滲碳淬火錐度變形的改善

2019-02-27 00:00:00    來源:感應(yīng)加熱設(shè)備    點(diǎn)擊:1559    喜歡:0

隨著國內(nèi)鐵路的大發(fā)展,機(jī)車齒輪的產(chǎn)品也越來越多。在硬齒面齒輪的制造中,滲碳淬火作為重要的一種齒面硬化工藝方式,從強(qiáng)度的觀點(diǎn),滲碳具有最好的綜合力學(xué)性能,因此機(jī)車齒輪目前仍普遍采用滲碳淬火作為齒面硬化方式。但由于滲碳淬火齒輪硬化工序復(fù)雜,齒輪容易產(chǎn)生變形,不僅會(huì)使后續(xù)磨削量增加,生產(chǎn)成本提高,且影響齒輪的制造精度,降低承載能力,最終影響齒輪的使用壽命。因此,在齒輪行業(yè),減少齒輪滲碳淬火畸變一直是一項(xiàng)擺在熱處理工作者面前的重要課題。


本文針對某型號機(jī)車從動(dòng)齒輪在實(shí)際生產(chǎn)過程中熱處理變形大的問題,進(jìn)行了分析,提出了改善措施,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。


1.齒輪相關(guān)參數(shù)和熱處理工藝

某型機(jī)車從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)如圖1所示,齒輪重量350kg,材料為18CrNiMo7-6。采用愛協(xié)林井式滲碳爐生產(chǎn)線進(jìn)行滲碳淬火,淬火介質(zhì)采用快速淬火油。


熱處理技術(shù)要求:有效硬化層深度1.6~2.2mm,磨齒時(shí)單邊留磨量0.35~0.45mm。金相組織符合ISO 6336-5 MQ級以上要求。



圖1 齒輪結(jié)構(gòu)示意


齒輪的制造工藝流程:齒坯鍛造→預(yù)備熱處理→半精車→滾齒→滲碳淬火→噴丸→精車→磨齒→磁粉探傷。


試制時(shí),齒輪的熱處理工藝路線:經(jīng)920℃滲碳,降溫至860℃出爐緩冷,640℃高溫回火,重新加熱淬火,兩次低溫回火。滲碳、淬火時(shí)裝夾狀態(tài)如圖2所示。



圖2 滲碳淬火裝夾示意


2.熱處理變形及分析

滲碳淬火后齒輪變形量如表1所示。由表1可看出,齒輪發(fā)生了較大的錐度變形,如圖3所示。熱處理后公法線沿齒高方向相差較大。磨齒后,造成齒面有效硬化層深度不均勻。



圖3 熱處理后齒輪畸變趨勢(虛線部分)

  表1 齒輪滲碳、淬火后變形量


滲碳后的錐度變形是由齒輪長時(shí)間在高溫下保溫因自重產(chǎn)生的蠕變所致。所謂蠕變就是在高溫及數(shù)值不變的應(yīng)力作用下,隨著時(shí)間而不斷增加著材料的變形過程。鋼在高溫狀態(tài)下強(qiáng)度很低。該齒輪屬于薄腹板從動(dòng)齒輪,腹板厚最小處僅25mm。由于輪齒部位缺乏足夠的支撐,在高溫下,齒輪腹板處強(qiáng)度大幅度下降,不能抵御自重力作用,在長時(shí)間滲碳過程中,齒輪蠕變引起嚴(yán)重的錐度變形。


零件淬火時(shí),齒寬部位受到不均勻冷卻,先冷卻的那半邊收縮,在熱邊的受制下冷邊受拉應(yīng)力,而熱邊受壓應(yīng)力。由于熱邊在高溫下的塑性較好而被壓縮。在冷卻到一定程度后,熱邊開始冷卻,也要發(fā)生收縮現(xiàn)象,此時(shí)應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,先冷邊為壓應(yīng)力,后冷邊為拉應(yīng)力。冷卻后期,由于處于較低的溫度,不能產(chǎn)生明顯的塑性拉長,不能抵消原先被壓縮的數(shù)量值,先冷邊都不能發(fā)生明顯的塑性增長和縮短,因此工件冷卻的最終結(jié)果是先冷邊縮小,后冷邊脹大。


3.改善措施

滲碳時(shí),解決該問題的方案就是在輪齒部位增加楔形墊塊支撐。


淬火裝夾時(shí),將齒輪朝上方向與滲碳方向反向,使得淬火保溫時(shí),能反向校正部分滲碳時(shí)由于自重引起的錐度變形。改善后,齒輪的裝夾示意如圖4、圖5所示。



圖4 齒輪滲碳裝夾示意       圖5齒輪淬火裝夾示意

淬火加熱時(shí),將兩個(gè)齒輪輪齒部位的間隔由原來的50mm增加到100mm,以改善入油淬火時(shí)淬火油流動(dòng)情況,使齒輪各處冷卻均勻,各處漲量趨于一致。


改善后,熱處理變形情況如表2所示。由表2可以看出,滲碳后,齒輪上下錐度變形變化不大。但淬火后,齒輪上下錐度變形量平均值減小0.296mm,變形量減小64%。 

表2 改善后齒輪滲碳淬火變形量


4.結(jié)語

(1)齒輪裝夾時(shí),在齒部位使用平整的楔形墊塊支撐,可保證薄腹板整體式從動(dòng)齒輪輪輞部位在滲碳過程中的強(qiáng)度,減小因自重而產(chǎn)生的變形。


(2)淬火時(shí),齒輪裝夾與滲碳時(shí)反向,可有效改善滲碳時(shí)的錐度變形。


(3)淬火時(shí),齒輪的上下間距應(yīng)符合工藝要求,保證淬火時(shí)齒輪冷卻均勻。


(4)滲碳、淬火后要及時(shí)測量變形情況,并根據(jù)測量結(jié)果,及時(shí)調(diào)整熱處理工藝和裝爐方式。

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