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文档简介

第1期汽齿科技2014住M1X主减速从动齿轮低压真空渗碳热处理工艺探讨曾晓蕾摘要主要针对M1X主减速从动齿轮采用低压真空渗碳、高压气体直接淬火热处理过程中,齿面金相组织控制、热处理变形及工艺优化进行了探讨,研究发现根据铁碳相图合理设置模拟程序参数;采用MINI渗碳原理,根据模拟程序,合理设置强渗脉冲时间及零件表面积与渗碳介质流量之间的关系,可以实现齿轮表面组织有效控制,并达到设计目标;根据零件的形状特征,合理设计热处理料架实现了平面度的有效控制,满炉平面度在005MM以内达95,且具有良好的重现性。1前言M1X变速器总成是一款由通用欧宝公司开发的横置紧凑型六档手动变速器及AMT变速器,客户为SGM、SAIC、GME、GMIO。根据原设计要求,为了实现低成本材料、高的性能,主减速从动齿轮采用环保的低压真空渗碳、高压气体淬火技术进行热处理。该工艺相对于常规的可控气氛渗碳热处理有以下优势可以采用高温技术而不会产生有害表面物质;在低压真空下进行渗碳,零件表面活性高,渗碳效率提高,工艺周期较常规的可控气氛渗碳热处理可以显著减小2050;零件处于真空状态下,不存在氧气氛,不会产生内氧化、表面非马组织、表面黑色组织等,同时零件不会产生表面合金元素贫化及其带来的表面淬透性降低等问题,零件表面硬度、表面残余压应力水平将明显提高,进而明显降低零件的表面早期失效,提高零件的使用寿命;低压真空渗碳与高压气体淬火技术相结合,可减小热理畸变,提高产品精度。本文主要探讨MIX主减速从动齿轮低压真空渗碳、高压气体淬火的热处理工艺设计与变形控制。2材料及热处理技术要求21材料牌号、化学成分及材料淬透性材料牌号及化学成分参见表1,材料淬透性参见表2。22M1X主减速从动齿轮热处理技术要求表面硬度680790HV10;心部硬度360460HV10;有效硬化层深成品要求045075MM600HV1,考虑磨齿余量,热后要求06085MM600HV1表1材料牌号及化学成分熔炼分析,WT材料牌号CSIMNPSCRNIALCUQS1927SOOI2311OOO20100OO15O2803013O002500401250250050025第1期曾晓蕾M1X主减速从动齿轮低压真空渗碳热处理工艺探讨44最终碳浓度齿面热处理后碳浓度为了保证齿面的接触疲劳强度,根据ISO6336、QCT262等国内外标准和经验,齿面的碳浓度一般控制在065095WT最佳。但是在真空渗碳过程中,过高的碳浓度会导致齿角残余奥氏体超差,影响零件的使用寿命。由于真空渗碳条件下,脉冲渗碳无法实现碳势的检测和控制,只能通过试样简介测试,且根据经验模拟碳浓度一般比实际碳浓度低约007010,因此在模拟工艺中一般设定碳浓度062066,然后通过试样进行验证。实际在上述参数的设定过程中,将根据模拟后的脉冲参数,在以乙炔为渗碳介质的条件,以实现从第2个脉冲开始,强渗脉冲在4555S范围内为目标,进行设定参数优化,从而实现程序指令的最优化。45低压真空渗碳过程渗碳介质的流量设定设定依据为处理零件的表面积,因此为了准确设定和控制渗碳介质的流量,最好采用质量流量计。M1X主减速齿轮采用乙炔渗碳,计算乙炔流量的经验公式为乙炔流量NLH1250125零件表面积零件数量100000,一般情况下,实际乙炔流量值的确定,可以根据实际情况在计算结果上浮10左右。MIX主减速齿轮表面积86763982删N2,装炉量为64件炉,根据经验公式计算乙炔流量86763982106“64“12512501944N1H,实际工艺取2000N1H,如图1示。46淬火工艺的确定SAGW根据自身的经验,采用改变淬火压力和时间的方式实现分级淬火,通过风扇搅拌的大小来控制冷却速度,主要分为陕慢快”三个过程原理如图5所示,淬火参数如表3所示。第一步陕”是让工件表面避开TTT曲线鼻尖,不产生中间转变组织贝氏体或珠光体;第二步慢”是让工件表面和心部温度的温差尽量减小,在表面已完成马氏体转变的同时,控制心部马氏体的量尽量转变成贝氏体,减少淬火畸变;第三步陕”是让工件尽快冷却至室温,完成整个淬火过程。温度AE3AELMS室温图5高压气体淬火热处理变形的原理示意图表3MIX主减速齿轮高压氮气淬火参数淬火时间风扇搅拌淬火压力15S509000MBAR300S709000MBAR105S707000MBAR32汽齿科技2014焦47金相结果及讨论根据上述确定的关键参数,模拟出M1X主减速齿轮的渗碳节拍如图L所示,共11个强渗MINI节拍,每个MINI节拍持续约4955S,扩散节拍共12个,总渗碳时间为125MIN。淬火工艺见表3的参数,总淬火时间为7MIN。按照此工艺,合计完成11炉M1X主减速齿轮的热处理,获得了稳定的金相组织和热处理指标F见图6、7、81有效硬化层渗600HV1硬化层渗稳定在0608之间,满足热后要求,验证渗碳温度、强渗节拍、扩散节拍设定合理。F2表面硬度700720HV10。3心部硬度378436HV10,由图8可知,心部组织均匀,主要是板条马氏体上贝氏体少量铁素体。4按照24225132对组织进行评判,金相照片见图7,图8,结果见表4,组织符合规范要求。_有效硬化层深600HV1MRN表面硬度,HV10中心部硬度,HV10图6MIX主减速齿轮的表面硬度、心部硬度及有效硬化层深表4金相组织评判结果组织按照24225132评判技齿角齿面齿根圆角芯部组织术残余要碳残余奥碳奥氏从表面到次表面次表面F第2个晶粒度求化氏体化体马氏F第1个25有效硬25有效硬化组织特征大小,30体针化层深范围RQ为层深范围内组ASTM物物30MAX完全的马氏体组织织特征E112MAX结L2210005板条马氏体果级级9合格合格上贝氏体6级MM少量铁素体2OO6421OORO4201L110O0O汽齿科技2014盆续将会根据现有经验数据,进一步优化料架的设计。图9M1X主减速齿轮热处理工装示意图6结论1采用MINI低压真空渗碳技术,合理优化强渗和扩散节拍,获得了理想的热处理硬化层深度和组织;2分级淬火可实现表面心部组织的转变,获得理想的表面硬度及心部硬度值;3

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