機(jī)械齒輪鋼滲碳熱處理變形行為分析

楊鑫+張笑康+劉美莉

摘 要：本文主要是以20cr2ni4a以及釩位合金的齒輪鋼為主要研究對象，在對不同類型的淬火進(jìn)行使用，以此達(dá)到變形的目的。還對滲透碳熱處理的碳深度以及組素質(zhì)演變的規(guī)律進(jìn)行了較大的深入化的研究。從這個(gè)方面可以看到，伴隨著淬火這種方式的使用，空冷一直到水冷再到油冷，整個(gè)齒輪使用的變形程度都是逐漸上升的趨勢。油淬火在整體處理之后齒輪鋼的硬化程度上要比孔淬火處理低。在整體油淬火處理之后，齒輪鋼組織當(dāng)中含有的一些細(xì)小的馬氏體組織就會(huì)比顯微的硬度要高。以下對機(jī)械齒輪鋼滲碳熱處理變形的基本行為進(jìn)行研究分析，借此希望能夠?qū)I(yè)發(fā)展起到積極的促進(jìn)性作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械齒輪；鋼滲碳熱；處理；變形行為；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.044

齒輪是機(jī)械設(shè)備當(dāng)中非常重要的零部件，具有較強(qiáng)的傳遞動(dòng)力，對齒輪進(jìn)行制造主要使用的鋼的種類有調(diào)制剛、淬火鋼以及滲碳鋼等等，這些齒輪使用的鋼在強(qiáng)度上都非常大，具有較強(qiáng)的耐磨性還能夠抵抗沖擊力，因此能夠讓齒輪在機(jī)械設(shè)備當(dāng)中長期的安全的穩(wěn)定的使用。要想讓齒輪的綜合性能得以有效的發(fā)揮就需要對齒輪進(jìn)行鋼滲碳熱化處理，世界上的每一個(gè)國家在對鋼種的使用上都有一定的要求，并且也在制定和完善的過程中有了相應(yīng)的處理技術(shù)，因此本文主要是對機(jī)械齒輪中的額鋼滲碳熱變形處理技術(shù)進(jìn)行研究和分析。

1 實(shí)驗(yàn)所用的材料和方法

在我國的齒輪鋼使用過程中主要是以20cr2ni4a為原型的，在真空感的熔煉過程中使用V合金的齒輪鋼冶煉，實(shí)驗(yàn)所使用的為A組位合金化鋼，還有B組未微合金化鋼[1]。這兩種實(shí)驗(yàn)都使用了鋼鍛造的方式進(jìn)行直徑大約為60毫米的圓棒形狀獲取。在做好截取工作之后還需要使用700攝氏度的高溫進(jìn)行退火處理，對照AB兩個(gè)樣式的鋼毛坯淬火處理技術(shù)，溫度都需要在900攝氏度左右，時(shí)間大約為一個(gè)小時(shí)，然后還要在180度的溫度中進(jìn)行回火的處理，時(shí)間為兩個(gè)小時(shí)。淬火冷卻這樣的方式可以使用水淬，以及油淬還有空淬。在退火之后還需要使用鋼棒創(chuàng)建缺口，缺口為C類型的，之后做好滲碳的處理。滲碳使用的是游標(biāo)的卡尺對每一個(gè)缺口的寬度進(jìn)行測試，然后經(jīng)過滲碳處理之后進(jìn)行冷卻的處理，以此讓變形有一定的依據(jù)。試樣在熱處理之后還需要使用電子類型的拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸的測試，距離保持在30毫米左右，在拉伸的速度上也需要保持在每分鐘兩毫米，使用沖擊試驗(yàn)機(jī)器進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的過程中，能夠測得常溫下的沖擊功值。硬度主要是使用維式硬度針，并且設(shè)定載荷為100克，時(shí)間為20苗的，相應(yīng)的打磨之后，還需要進(jìn)行拋光的處理，使用大約4%硝酸酒精在顯微鏡下進(jìn)行觀察[2]。

2 結(jié)果的分析

2.1 滲碳熱變形的影響分析

滲碳熱處理之后能夠看到兩種剛才的關(guān)系，淬火方式的改變主要是從空冷一直到水冷，再到油冷，并且兩種剛才在變形的效率上也是呈現(xiàn)上升的局面。在不同的淬火方式下，齒輪鋼的變形率A組要比B組低。A組在使用鋼的空淬狀態(tài)下所表現(xiàn)出來的變形率為0.34%，經(jīng)過水淬的方式之后上升到2.9%，如果是油淬的方式為3.8%。在B組當(dāng)中如果是空淬，那么變形率就是0.52%，水淬的方式變形率為3.7%，油淬的方式變形上顯現(xiàn)為4.5%。這樣就能夠清楚的看到，兩種齒輪鋼油淬可能出現(xiàn)變形的概率更高，這樣也可以通過淬火的方式獲得變形，最后引起工件尺寸方面的變化，在一般情況下，這兩種變形也可能會(huì)一起發(fā)生。在經(jīng)過滲碳熱處理之后，剛才的心部在硬度上和淬火的方式是呈現(xiàn)相關(guān)性的，也能夠看出來，伴隨著淬火的方式改變，從空冷到水冷再到油冷，就能夠看見心部在硬度方面有所提升，同等的淬火方式下B組的齒輪硬度呈現(xiàn)出變化。齒輪的鋼熱處理在變形上主要是發(fā)生在淬火的過程中，但是淬火的方式是不同的，由此齒輪也會(huì)發(fā)生較大的變化，通過齒輪的心部硬度可以對齒輪的變形進(jìn)行多方面的分析和研究[3]。

2.2 力學(xué)方面的性能分析

兩種齒輪使用鋼經(jīng)過不同淬火處理之后樣式就會(huì)發(fā)生變化，這樣的變形行為也有非常多相似特點(diǎn)，并且在取樣試驗(yàn)中使用孔淬的處理辦法能夠和油淬火的處理辦法相對比，從分析中看到，使用不同的淬火方式，在齒輪的力學(xué)性能表現(xiàn)上也是不同的，還會(huì)對滲碳的規(guī)律產(chǎn)生影響。經(jīng)過滲碳空淬火以及油淬火的處理之后在抗拉強(qiáng)度上以及屈服的強(qiáng)度上都有一定的后樣，拉伸率和斷面的收縮率相當(dāng)。伴隨著距離的增加，兩種淬火的方式在齒輪鋼顯微鏡之下呈現(xiàn)逐漸的降低趨勢，在國家的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行滲碳熱的硬化層處理，并且以550HV的有效性滲透深層為主要依據(jù)，經(jīng)過多方面的油淬處理之后，樣品在處理以后就會(huì)出現(xiàn)深度為1.33毫米左右的硬化現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象在經(jīng)過油淬處理之后能夠看到顯微硬度比空淬的硬度高出很多，甚至能夠達(dá)到750HV，經(jīng)過空淬后之后的在硬度上也能夠達(dá)到700HV，油淬熱處理之后的心部硬度大約在520HV。這些硬度的表現(xiàn)和淬火的方式有非常大的關(guān)聯(lián)性，在齒輪鋼組織中一般都是由馬氏體組織構(gòu)成的，并且經(jīng)過空淬處理之后也形成了貝氏體+馬氏體的組織，這些組織特點(diǎn)讓滲碳熱處理之后的強(qiáng)度還有硬度都有所提升，并且貝氏體組織整體上的強(qiáng)度也比馬氏體要高出很多，整個(gè)韌塑性比馬氏體高，因此在經(jīng)過空淬之后的齒輪在伸展方面的斷面收縮和油淬熱處理齒輪鋼出現(xiàn)相當(dāng)?shù)木置鎇4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文對以20cr2ni4a為例，對機(jī)械齒輪鋼滲碳熱處理變形行為進(jìn)行了分析和研究。淬火的方式主要有三個(gè)流程，分別是從空冷到水冷再到油冷，齒輪中使用鋼需要在變形上做出更多的有效性的處理。在油淬之后的鋼齒輪處理在硬度上有所超越，要比空淬的方式要好很多。在經(jīng)過油淬之后，齒輪的剛組織中有很多的馬氏體組織，從研究中看到硬度要比貝氏體+馬氏體的齒輪處理方式高出很多。借此希望本文的分析和處理能夠?qū)︿撹F生產(chǎn)起到積極地促進(jìn)性作用，提升齒輪鋼的使用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙文軍，劉國強(qiáng)，王金棟等.20Cr2Ni4A齒輪鋼高溫滲碳工藝[J].金屬熱處理，2015，40（12）：142-145

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[3]劉倩.重載齒輪用鋼噴丸工藝及組織演變研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2014.

[4]惠英龍.20CrMnMo大模數(shù)齒輪激光淬火工藝有限元分析及試驗(yàn)研究[D].青島理工大學(xué)，2014.