齿轮淬火冷却中的质量问题及其解决办法.doc

齿轮淬火冷却中的质量问题及其解决办法不管是渗碳淬火、碳氮共渗淬火、感应加热淬火还是整体加热淬火，齿轮淬火冷却过程可能出现的热处理质量问题主要有：1、淬火后硬度不足、淬火状态硬度不均、淬火硬度深度不够；2、淬火后心部硬度过高；3、淬火变形超差4、淬火开裂5、油淬后表面光亮不够。热处理工序中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。在排除材质、前处理和加热中的问题后，淬火介质及相关技术的作用就特别突出了。事实上近年来对淬火冷却的研究也证明在改进和提高热处理质量的工作中，最值得注意的正是淬火冷却。淬火冷却大多是在液体介质中进行的。齿轮淬火用的通常是淬火油、水溶性淬火介质和自来水。因此下面将首先分析齿轮淬火冷却可能出现的以上质量问题与所用淬火介质的特性和用法的关系，并指出解决不同问题所需淬液的冷却速度分布特点。随着简单介绍常用淬火介质的冷却速度分布特点和选用时的注意事项。一、 淬火冷却中常见质量问题有：1、 硬度不足与硬化深度不够淬火冷却速度偏低是造成齿轮淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不够的主要原因，但是根据实际淬火齿轮的材质、形状大小和热处理的要求不同，以可以分为高温阶段冷速不足、中低温阶段冷速不足及及低温阶段冷速不足等不同情况。比如对于中小齿轮，淬火硬度不足往往是中高温阶段冷速足所致，而模数大的齿轮要求较深淬硬层时，提高低温冷却速度就非常必要了。对于淬火用油，一般来说，油的蒸气膜阶段短、中温冷速快，且低温冷却速度快，往往能获得高而且均匀的淬火硬度和足够的淬硬深度，工件装挂方式对淬火冷却效果也有明显影响。要使淬火油流动通畅，并配备和使用好搅拌装置，使淬火油充分循环冷却，才能得到更好的效果。提高所用淬火介质的低温冷却速度往往可以增大淬硬层深度。在渗层碳浓度分布相同的情况下，采用低温冷却速度更高的淬火油，往往获得更深的淬火硬化层，如果淬火硬化层过深，常常在使用中断齿，解决办法是降低淬火油低温冷却速度。因此采用冷却速度快的淬火油后，可以相应缩短工件的渗碳时间，也能获得要求的淬火硬化层深度。要求的渗碳淬硬层深度越大，这种方法缩短渗碳时间的效果越明显。2、 淬火后心部硬度过高这类问题可能与所选介质冷速过快或介质的低温冷却速度过高有关。解决办法之一是改换淬火油来满足要求；办法之二是有针对性地加入适当的添加剂来降低淬火油的中低温冷却速度量办法之三是改用淬透性更低的钢种。3、 淬火变形问题淬火变形问题通常要牵涉多个部门需用综合措施解决，从热处理方面引起淬火变形的原因主要归结为冷却速度不足和冷却不均，改善两个缺陷可解决大部分齿轮的淬火变形问题。对天于中小齿轮尤其是比较精密的齿轮选取合理的等温分级淬火油（Y35系列）是控制变形必不可少的措施。另外淬火冷却中质量问题还有齿轮的淬火开裂和光亮问题，主要出现在感应加热淬火产生开裂；用光亮淬火油满足工件的光亮效果。二、 齿轮用淬火介质的选择当前用于齿轮淬火的介质主要是各种淬火油、水溶性淬火介质和普通自来水。这里着重介绍广泛使用的专用淬火油，它一般分为普通淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油、真空淬火油以及光亮淬火油等。和普通机油相比，专用淬火油的热稳定性能较好，能更好地保证工件的淬火质量。当然专用淬火油优于普通机油的最重要的方面还是它们的冷却性能。与普通机油相比不同的专用淬火油在冷却速度分布上都有蒸气膜阶段短的特点，因而使工件在高温阶段能冷却的更快。其中快速淬火油的最高冷却速度都比较高，中低温阶段的冷却速度快慢则因淬火油的不同品种而有较大差别。热油在冷却特性上的特点是蒸汽膜阶段更短，而在工件淬火冷却的低温阶段冷却较慢。可以说快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的钢种。热油则用于较小型的工件和淬透性较好的钢种。而且通过搅动淬火油可以提高油的冷却速度。冷却速度比较低的油，搅动提高其冷却能力的作用较大；而对于冷却速度高 专用淬火油搅动的作用相对较小。总之，为保证齿轮的淬火质量支选择淬火油时，应当根据所处理齿轮的钢种、形状特点和热处理要求从油的冷却速度分布特点去进行选择，最好能与淬火油生产的专业技术人员共同讨论分析确定合适的淬火油和合理的使用方法。三、 淬火介质在使用中的变化不管是淬火油还是其它类型的淬火介质，它们在使用中都要接触高温工件，也都会受到不同程度的污染。进入空气，介质会被氧化。高温可能引起有机介质的热分解、氧化和聚合等反应。污染可能使介质的氧化和其它变化更复杂。所有这些变化及其留在介质中的变化产物都会引起介质变质。淬火油的颜色变化、透明度的变化、粘度变化等都是变质的表现。应当说，没有不变质的介质。最直接的影响有三点：一是变化对介质冷却特性的影响，二是变质的快慢（介质的稳定性）三是用什么手段（物理方法和化学方法）不了解和纠正变质的影响，以保证获得长期稳定的淬火质量。专用淬火油在使用中的变化比较复杂，它包含所加添加剂的变化和基础油的变化两部分，是这两方面变化的综合效果。不同的淬火油以及不同的使用条件，变化情况会有比较大的差别。有一点需要指出的是，在不受氧化污染的条件下，几乎所有的专用淬火油经过长期使用后低温冷却速度都会逐渐变慢。当使用时间更长时，工件淬火效果也会明显变差。油的稳定性好，变质得慢；油的稳定性差，则变质就快。油的使用温度越高，油变质得越快。这时配置循环冷却系统，并保证可靠有效，使油温稳定在适当范围，并通过槽内的循环搅拌防止局部过热等措施都可减慢变质速度，延长油的使用寿命。再者管理问题也是影响齿轮淬火质量不可忽视的大问题。除了应当严格按工艺操作外，淬火介质的管理，尤其是防止污染关系重大，淬火油混进了水，水乳化在油中，往往造成淬火硬度不足或淬火开裂。在长期生产中记录同类工件的淬火硬度、硬化深度以及淬火变形情况，分析它们的变化趋势，使我们能了解淬火介质冷却特性的变化规律。有了这些记录不仅能帮助我们掌控介质的冷却特性，还可以帮助分析引起现场热处理事故的原因，从而及时解决由介质变化造成的工件质量问题。综合上述分析，认为介质变质是不可避免的，使用时间不长、或淬入工件的少量时，变质程度较小，从工件的淬火效果上反应不出介质的变质问题。淬火量进一步增加，变质程度加大到工件淬火达不到要求时，变质问题就会真正出现了。淬火量继续增大，变质更多，那么工件的淬火质量会更差。基于这些，即专用淬火油使用变质后，可能出现的问题主要是工件淬火硬度偏低、硬化深度不足和出现较大变形。因此可以根据工件的硬度和硬化深度的变化趋势对淬火油的变质程度进行监测。下面这个问题是淬火介质变质后，继续补加原来的新介质能不能使淬火液的冷却性能得到恢复呢？这个问题的回答是，一切事物都会其两面性，相对性。也就是说有的介质能，有的介质不可以恢复。从专业淬火油生产厂家多年探索研究结果是有淬火油变质后只继