后桥主动齿轮螺纹超音频退火.doc

后桥主动齿轮螺纹超音频退火关键词： 超音频 退火 螺纹 内部组织 工艺改进为提高产品质量、提高生产率，降低生产成本、简化生产工序、节约能源，改善职工劳动条件、保障职工身体健康、优化产品工艺，使产品质量有可靠性、工艺先进性、成本经济性，并能改善职工劳动条件做到安全无公害，对本厂生产的主动齿轮进行工艺改进。由原来的涂料工艺改为超音频退火工艺。按图纸技术要求主动齿轮螺纹端硬度为HRC20-45。长期以来，现生产一直沿用防渗涂料工艺对螺纹及螺纹端面进行保护。从多年实践来看，虽然基本上满足了技术要求，但在生产过程中也确实存在一些难以克服的实际问题。主要有以下几点：1、 防渗效果不能确保完全防渗万无一失，时常有增碳现象发生，硬度超过技术要求。2、 由于涂料受人为、设备、温度和湿度等因素影响，从而导致硬度过高，达不到技术要求。3、 由于涂料采用的溶剂为甲苯，其易挥发有毒害，对操作人员的身体健康有害，对环境造成了一定的污染。4、 涂料本身是将多种化工原料（甲苯、硼酸、氧化铜、乙烯、钛白粉）进行初加工，再按一定的比例配制而成。加工周期长、原材料成本高、能耗大、成品料不易保存等因素造成了生产成本居高不下，每件成本在0.8元左右。5、 热处理生产为24小时不间断运转，涂完料的工件必须在一定时间内进炉，否则防渗效果下降。给生产带来不便，不利于生产的安排。目前国内汽车集团基本上均采用渗碳淬火加回火后中频退火的方法来保证主动齿轮螺纹及螺纹端面的硬度要求。我公司目前没有中频设备，但超音频设备基本上处于闲置状态，其加热透入深度仅稍逊于中频。为节约费用充分发挥设备的使用率，提高产品质量降低生产成本、简化生产工序适应生产需求，我们对超音设备进行了仔细、认真地分析：虽然超音频设备的频率比中频高，但可以从电参数调整，采用传导加热以弥补超音频设备的不足，达到产品的工艺及技术要求是完全可能的。渗碳后技术要求：1 . 金相组织：K1-5级，M+A 1-5级； 2 . 硬度：58-64HRC，齿心硬度：30-45HRC。2002年9月，后桥主动齿轮图1（材料：20CrMnTi），螺纹及螺纹端面超音频退火工作开始了，技术要求退火后螺纹硬度为20-45HRC，首先我们对后桥主动齿轮螺纹端面进行了认真仔细的分析，渗碳淬火后金相组织大至分为两类：一类从表面致心部组织依次为马氏体+残余奥氏体马氏体心部组织（马氏体+游离铁系体或托氏体+游离铁系体）； 图1 主动齿轮另一类为马氏体+残余奥氏体+碳化物马氏体+残余奥氏体心部组织（在淬透下为低碳马氏体）。产品的组织决定了性能，产品的性能决定了他的用途。我们的后桥主动轮的螺纹部分要求有一定的强度，韧性，良好的综合机械性能，这样才能符合产品的技术要求及使用要求。针对本公司的后桥主动齿轮认真分析发现：主动齿轮的花键端与螺纹连接处原来为直角，不利于提高产品的综合机械性能，在渗碳淬火后易造成应力集中产生裂纹，从而降低产品的抗拉强度。于是同有关技术部门研究将产品端面与螺纹连接处的直角改为过度圆弧，增加的产品退火后的抗拉强度，使产品符合后期的设计要求。后桥主动齿轮螺纹端面及螺纹要有良好的塑性，韧性，同时兼有较好的强度，即具有良好的综合机械性能，其内部组织是回火索氏体，这样才能满足后桥主动技术要求。就此我们制定了具体的退火工艺图2：在810-820C加热一定时间，在640-660C保温一段时间。因在810-820C 以上的温度加热是保证珠光体是不是球状的主要因素；退火的冷却速度主要是控制碳化物的弥散度，既球状碳化物颗粒的大小，从而决定了硬度的高低。在理论上有了指导，我们就着手对感应器及工装进行制作。首先对感应器有效厚度进行了计算，必须保证其良好的导电性，冷却能力， 图2 螺纹加热加热效果和强度。大家都知道，在气体渗碳炉中，含有一定量的氢，一旦渗碳件中氢含量浓度过高，装配易断裂（放置开裂和使用过程中断裂现象）。从断口分析表明，断口为沿晶断裂和准解理断裂，晶面出现非常细小的爪状撕裂裂纹既沿晶发展又沿板条马氏体束发展，属沿晶和穿晶的混合断裂，并有较多的二次裂纹，这都是氢致裂纹的典型特征。氢有很大的易动性，易被钢中的杂质，疏松等内部缺陷捕捉，夹杂物等缺陷受载时的应力集中与氢含量过高这两个条件叠加，易使氢裂纹优先产生。从裂纹的部位来看，多发生在螺纹根部第一牙与花键轴连接处。超音频退火在810-830C保温一定时间，使氢在重新加热过程中逸出，其氢脆现象消失。保证了主动螺纹头不断裂，进一步提高了产品质量。关于渗层有碳化物的问题，通过加热到810-830C并保温一定的时间，钢中的碳化物级别在退火状态下进一步球化，碳浓度略有下降，比在低温回火的组织级别有所下降，产品的机械性能进一步提高。对于感应器的制作和工艺的调整是做好后桥主动齿轮的关键。首先 图 3 感应器我们对超音频设备有针对性地选择感应器材料图3。根据产品的形状和技术要求制作多种感应器，要保证感应器有良好的导电性，冷却效果，加热均匀性和可 靠的强度。通过多次实验，认真仔细分析金相报告结果，从许多感应器中选择了一种居有代表性的感应器，找出问题和不足并重新实验和分析。产品经过无数次的实验后，硬度和金相检测都趋于合格。这对于其他品种的后桥主动齿轮螺纹退火的研制取得了突破性的进展，并为以后的工作奠定了基础。在工艺调试中，我们以电参数来调整热参数，来确定加热时间，有针对性的选择较小的比功率值，较缓慢的加热速度至正确的加热温度，严格控制冷却速度，使冷却速度小于V临值。使其得到珠光体组织，满足产品的技术要求。在保温箱制作的过程中，采用两个保温箱，注意保温箱的保温温度和保温质量，保温箱温度应控制在30-50C，采用了轻质保温砖加耐火泥及铜套作为保护衬胆（如图4），而且一次可以放入多根主动 图4 保温箱 齿轮，效果较好，成本低而且保温箱可使用多年，提高了生产率，满足了产品要求，并将加热参数写入工艺：阳极电压5KV，阳极电流：3.2A，栅极电流0.8A，加热时间为28S，冷却时间为3-5分钟。为了检验超音频退火的效果，我们将超音频退火的主动与涂料产品同时送入汽车研究所进行拉伸试验。从实验的结果看主动齿轮（A3-2011）均达到350KN（M24），主动齿轮（221-2011）也达到了247KN（M20）（35-42HRC）。螺纹类产品经理论计算为25-29KN，主动螺纹在工作状态下完全能满足产品的技术要求和使用性能。于是，2003年初进行了首批是生产，投入市场40件A3-2011主动齿轮。在反馈基础上于5月第二批100件产品投放市场，7月初第三批195件主动齿轮投入市场，随后整炉生产投入市场。到目前为止，投入市场的主动齿轮8个品种近60万件主动齿轮未出现过质量问题，圆满地完成了涂料改超音频退火的工艺，有效地提高了生产效率，降低了生成成本。改进前后的消耗及成本对比见附表一。结论：通过后桥主动齿轮由涂料工艺改超音频退火工艺，主动产品完全能满足技术性能指标，它具有可靠性，合理的电参数，均匀的加热和冷却，产品质量稳定。投放市场100万件，未