齿轮热处理及质量控制.ppt

齿轮热处理及质量控制 技术部田军 齿轮加工工艺过程 坯料热 正 切齿表面硬化处理 淬火 氰化 氮化 精加工 磨齿 齿轮类零件常用材料及热处理方法 一 齿轮材料的基本要求1 齿面要硬 齿芯要韧2 易于加工及热处理3 在交变荷载和冲击荷载下有足够的弯曲强度 二 常用材料及热处理方法 汽车齿轮类零件一般推荐用油 影响光亮性的主要因素 热处理常见问题及对策 1 调质齿轮的常见缺陷及防止措施 2渗碳和碳氮共渗齿轮的常见缺陷及防止措施 渗碳处理 一般针对低碳钢和低碳合金钢 增加工件表面含碳量 以提高淬火强度和硬度 渗碳层深度与渗碳温度的选择 不同渗碳温度下 渗层深度与渗碳时间的关系 影响齿轮热处理畸变的主要因素 淬火冷却中的质量问题及解决办法 不管是渗碳淬火 碳氮共渗还是整体加热淬火 齿轮淬火冷却过程中可能出现的热处理质量问题主要有 1 淬火后硬度不足 淬火硬度不均 淬火硬化深度不够2 淬火后心部硬度过高3 淬火变形超差4 淬火开裂5 油淬后表面光亮度不够 工厂出现的这类质量问题往往与齿轮的材质 前处理 淬火加热和淬火冷却有关 在排除材料 前处理和淬火加热中的问题后 淬火介质及相关技术的作用就显得特别突出了 1 硬度不足及硬化深度不够淬火冷却速度偏低是造成齿轮硬度不足 硬度不均和硬化深度不够的原因 对于淬火油来说 油的蒸汽膜阶段短 中温冷速快 且低温冷速快 往往能获得高而均匀的淬火硬度和足够的淬硬深度 工件装挂方式对淬火效果也有明显影响要使淬火油流动畅通 并配备和使用好搅拌装置 才能得到更好的效果 2 淬火后心部硬度过高这类问题与所选介质冷速过快或介质的低温冷速过高有关 解决办法之一是改换淬火油来满足要求 二是加入适当的添加剂来降低淬火油的中低温冷速 办法之三是改用淬透性更低的钢种 3 淬火变形的问题淬火变形是齿轮热处理中最麻烦的问题 因为这个牵涉到很多方面 所以解决时候也是综合措施 主要原因为冷却速度不足和冷却不均 解决方法为提高冷却速度并设法实现均匀冷却 最好采用等温分级油来控制变形 4 齿轮的淬火开裂主要出现在感应加热淬火中 选用好的水性淬火介质 这个问题就可以解决5 光亮问题有这方面要求的场合 应当选用光亮淬火油或快速光亮淬火油 通常 淬火油的光亮性好则冷却速度不够高 而冷却速度高的则往往光亮性不好 此外 热油的光亮性一般也较差 可以换新油或补加光亮性的添加剂 齿轮调质工艺及质量控制 一 调质处理设备1 加热设备加热设备能根据工艺要求控制炉温 在设备的有效加热区内 其保温温度偏差最大不超过 15 2 冷却设备及介质淬火冷却设备应具有循环冷却装置或搅拌装置 以保证齿轮毛坯获得足够而均匀的冷却 齿轮毛坯淬火冷却时 介质温度应控制在 水温 40 油温 80 二 齿轮调质热处理工艺规程 1 装炉前应检查工件表面质量 不允许有裂纹 折叠 严重磕碰等缺陷2 粗加上后调质的齿轮毛坯 应留有合理的加工余量3 齿轮毛坯的尖角处应倒角 断面突变处以圆弧过渡 4 齿轮毛坯应置于设备有效加热区内 相互之间应留有一定间距 5 淬火后应及时回火 一般间隔时间不超过4小时 6 淬火冷却时不应将齿轮毛坯堆放在冷却槽内 以防止冷却不均和产生过大的变形 三 调质齿轮质量控制与检测方法1 外观齿轮毛坯调质后 外观不得有裂纹及伤痕等缺陷 2 硬度调质后应进行硬度检验 调质齿轮硬度用布氏硬度标注 符号为HBS 3 硬度均匀性被检齿轮硬度应均匀 单件硬度差不大于30 40HBS 批量硬度差不大于40 50HBS 齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制 一 热处理设备技术要求转炉 密封箱式炉和井式气体渗碳炉等加热设备 其有效加热区内的温度应控制在预定值的 10 以内 二 淬火冷却设备及冷却介质淬火冷却设备应具有可以控制的加热 冷却循环系统及搅拌装置 冷却介质应具有齿轮淬火所要求的冷却能力 且不易老化 三 回火设备 回火可采用连续式或周期式炉 其炉内有效加热区的温度应控制在预定值的 10 以内 四 工艺控制 1 渗碳工艺规范装炉时对于中 小模数的薄壁齿轮应采用挂装或托垫形式的夹具 对带有花键孔的齿轮应支撑合理 齿轮装在夹具上时 轮齿之间不得有搭接 且齿轮工作面之间应留有足够的间隙 渗碳温度一般为890 930 对于要求渗层梯度平缓的齿轮 强渗后应进行扩散 但当要求有效硬化层深度小于1mm时 可不进行扩散 2 碳势控制原则 强渗期碳势控制 一般情况下 在不出现碳黑及工作表面碳化物级别允许的前提下 在强渗期炉内应具有最高碳势 以获得最快的渗速 扩散期碳势控制 一般以工件表层达到设计要求的碳浓度确定炉内碳势 3 淬火工艺规范齿轮经气体渗碳后在渗碳炉内降温至840 860 保温0 5 1小时 尔后投入淬火介质中冷却 4 回火工艺规范 齿轮清洗后应及时低温回火 一般间隔不超过4小时 对于高镍铬钢大型齿轮要充分回火 一般为10 20小时 对于高精度齿轮 磨齿后应进行去应力回火 温度为140 160 保温时间不少于2小时 齿轮热处理质量检验 1 齿轮经热处理后 表面不得有氧化皮 碰伤 剥落 锈蚀等缺陷 2 在热处理和磨齿后 可靠度要求高的齿轮应100 检验 一般齿轮应进行抽检 磨加工后表面一般不允许有裂纹 齿轮气体碳氮共渗工艺及质量控制 1 设备要求推荐采用连续式或箱形周期式可控气氛炉进行气体碳氮共渗 其有效加热区的温度波动范围应控制在设顶值 10 碳氮共渗所用料盘 挂具推荐采用耐热钢或耐热铸铁制造 使用中不允许有明显的变形 淬火冷却槽内应配置加热和循环冷却装置 冷却介质的温度在使用过程中应能较快的达到预定值 25 2 工艺控制 碳氮共渗剂供碳剂 推荐采用醒酸乙脂 丙酮 甲烷 丙烷 丙丁烷等供氮剂 推荐采用氨气 也可采用尿素等供氮碳剂 装炉 齿轮应装在加热炉的有效加热区 装炉时要留一定间隙 以使炉内气氛均匀流动 3 工艺规程 渗层深度小于0 5mm的碳氮共渗齿轮 共渗温度一般为820 840 渗层深度为0 5 0 8mm的碳氮共渗齿轮 共渗温度一般为860 880 渗层深度大于0 8mm时 推荐采用两段工艺规范 第一段采用900 920 较高温度碳氮共渗或渗碳 然后降至840 860 进行中温碳氮共渗 然后直接加热淬火 4 质量控制与检验方法 一 外观齿轮碳氮共渗后 表面不得有氧化皮 碰伤 剥落 锈蚀等缺陷 二 碳氮浓度碳氮共渗层表面至深度为0 1mm处的第一表层 平均碳浓度应控制在0 75 0 95 平均氮浓度应控制在0 15 0 30 三 硬度一般不低于57HRC 同批齿轮的硬度差不得大于5HRC 心部硬度一般应不低于30HRC 一 汽车渗碳齿轮金相 1 碳化物级别 400 常啮合齿轮1 5级合格 换档齿轮1 4级合格 2 残余奥氏体 马氏体级别 400 1 5级合格 二重载齿轮渗碳金相组织评级 马氏体和残留奥氏体级别图 400 x 1 4级合格 渗层 距表面0 05 0 15mm处 渗层 碳化物最严重处 以网状分布的碳化物级别 400 1 3级合格 渗层 碳化物最严重处 以粒状块状分布的碳化物级别 40