如何控制齒輪熱處理變形

摘 要：文章分析了影響齒輪熱處理變形的因素，提出從機加工藝、鍛坯質量、稀土催滲、激光熱處理等方面采取具體措施，以減小齒輪熱處理變形的目的，為同類零件的熱處理提供了借鑒經驗。

關鍵詞：齒輪；熱處理；變形

齒輪是機械設備中的關鍵零件，要求齒輪既具有優良的耐磨性，又要具備高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性能，齒輪質量的優劣直接關系到整個設備的使用壽命。而齒輪質量的好壞在很大程度上取決于齒輪材料及其熱處理工藝。

1影響齒輪熱處理變形的因素

1.1機械加工。一般熱處理變形量，隨機械加工變形量的增大而增大。由于機加工工藝不當、齒輪拉花鍵孔時出口方向不當、刀具磨損切削時所造成的殘留應力等原因都會使熱處理變形增加。此外，鍛造產生金屬流線不對稱，金屬未充滿模腔，鍛后冷卻不均勻，也會造成熱處理變形不一致。

1.2齒輪材料。由于原材料淬透性不同，導致了淬透性帶寬的不同，滲碳淬火后的組織就會出現差異，變形也就不一樣。如果進廠鋼材的淬透性每批都不一樣且波動很大，即淬透性帶寬過寬，必然會導致齒輪熱處理變形無規律。試驗表明，鋼的淬透性越高，熱處理后齒輪的變形越大。當心部硬度高于HRC40時，變形會明顯增大。我國的齒輪材料，其淬透性帶寬相對要寬一些，有的甚至超過HRCl0，對變形影響很大。目前，使用與零件強度相匹配的窄淬透性帶寬的滲碳鋼已經成為齒輪行業選材的共識。

1.3熱處理工藝。齒坯預備熱處理組織的均勻性和穩定性對齒輪最終熱處理變形的影響很大，因為齒輪各部分的原始組織不同，其比熱就不同，在熱處理過程中產生的尺寸變化也就不同，所以必須引起足夠的重視。常用預備熱處理工藝有正火、等溫退火等。工件經過退火、正火、淬火、回火等熱處理后，都可能產生熱處理變形，而淬火冷卻行為成為影響齒輪變形最重要的因素。淬火時加熱不均勻會引起齒輪變形，如加熱速度過快或者加熱介質的溫度不均勻等。淬火冷卻速度越快冷卻越不均勻，工件內外溫度差越大，由此產生的應力也越大，產生翹曲變形的傾向就越大，變形也越嚴重。

2控制齒輪熱處理變形的措施

2.1改進機加工藝。車加工多為單機操作，由于機床狀態、液壓力調整、刀架調整、刀具修磨及進給量等因素的變化，同批產品中切削應力差異很大。因此，車坯質量管理主要在于加強工序質量管理，嚴格控制夾具夾緊、刀架進給液壓力、控制刀具修磨和切削參數。通過改進機加工藝，使加工變形量得到有效控制。

2.2提高齒輪鍛坯質量。齒輪的鍛造過程中質量不穩定，出現不平衡組織，硬度偏差過大，不僅給機加工帶來困難，降低了加工精度，增加了加工成本，還使熱處理變形難以控制。下料前要檢驗材料及坯料晶粒度，材料的夾雜物，鋼的化學成分。材料不同，變形也不同。即使是同種材料，由于不是同一爐號的材料，其含碳量及淬透性不一樣，變形也略有不同，盡可能小的淬透性寬度波動將有利于齒輪熱處理變形的控制，而組織粗大和帶狀組織嚴重將使變形較大。齒輪通常采用正火處理，細小均勻的正火組織為提高淬火質量控制水平作好了準備。正火組織的均勻性、晶粒度、正火硬度、冷卻方式造成的硬度超差等對滲碳淬火后的變形有一定影響。應當嚴格工藝紀律。

2.3改變齒輪淬火冷卻介質。淬火介質是實施淬火工藝過程的重要保證，對熱處理后工件的質量影響很大。隨著我國科學技術的飛速發展，各種專用淬火油、分級淬火油大量出現，必將改變半個多世紀以來單純用水、機油等非專用淬火介質的局面。通過對比試驗，結果表明，等溫淬火油可以起到替代N32機械油的作用，并成功地用于齒輪生產，熱處理以后，不僅組織結構、機械性能可以滿足要求，而且可以減小齒輪變形。

2.4冷熱加工相互配合。對于熱處理變形有規律的零件，熱處理技術人員應將變形數據及時通報給冷加工技術人員，然后根據具體情況適當調整零件的加工尺寸。熱處理后尺寸漲大的零件，切削加工時縮小一個變形量，熱處理后尺寸縮小的零件，切削加工時擴大一個變形量，這樣熱處理后變形互相抵消，從而達到減小變形的目的。

2.5應用稀土催滲技術。許多大齒公司在中間軸常嚙合齒輪(20CrH)生產上采用推盤式連續爐，應用稀土催滲技術滲碳區溫度由925°C降低到910°C，淬火溫度由850°C降低到830°C后，對產品的變形情況(內孔)進行了嚴格的測量和統計。測量統計結果顯示：采用新技術后齒輪的內孔變形量都顯著得到減少；采用新技術后變形的一致性、規律性增強。

2.6激光熱處理。天津修船技術研究所1997年建成激光加工中心，已為船舶行業的船用發電機組大模數齒輪、減速器齒輪進行激光強化，效果良好。清華大學激光加工研究中心近年來在輕型車凸輪軸螺旋齒輪的激光強化方面也取得了較大進展。

通過采取以上措施，可以有效地減小熱處理變形，齒輪的不合格率降至1％以下，取得了明顯的經濟效益，為同類零件的熱處理提供了借鑒經驗。

參考文獻：

[1]馬寶麗.齒輪熱處理變形控制對策[J].機械工程師，2007，(12):130.

[2]雷聲.齒輪熱處理變形的控制[J].機械工程師，2008，(05):74-75.

[3]潘一凡，李建華，趙茂程.齒輪熱處理變形控制[J].機械設計與制造工

程，2002，(09):86.

[4]劉立軍.汽車齒輪熱處理變形控制[J].機械管理開發，2010，(08):125.

[5]郭應國，張潔，張社會，王偉，謝暉.我國齒輪材料機器熱處理技術的

最新進展[J].熱加工工藝，2003，(02):55.