20CrMo钢齿轮的热处理工艺设计

②采用缓和的淬火介质或淬火方法。6、尺寸稳定性含义：指零件在长期存放或使用中尺寸稳定不变的性能。这对精密齿轮是很重要的。设计时考虑要点：引起尺寸变化的主要原因是内应力的存在以及组织中残余奥氏体的分解，因此，设计精密齿轮时，应当要求稳定化处理，如淬火后进行冷处理或低温时效。使马氏体趋于稳定，并减少内应力，以使齿轮尺寸稳定。7、回火脆性含义：指钢在某一温度范围回火时所发生的冲击性降低现象。产生回火脆性的钢，不仅室温下冲击韧性较正常为低，而且使钢的冷脆温度大为提高。设计时考虑要点：合金结构钢在250℃～400℃回火时引起冲击韧性及断裂韧性下降，这种现象一般称为第一类回火脆性。它不能通过热处理方法来消除，设计时应考虑到这一点。（三）20CrMo齿轮钢的热处理过程中常见的热处理缺陷1、马氏体粗大及奥氏体过量这主要是由于实际淬火温度过高，材料表面碳含量过高所造成的，因此，可以适当的降低淬火温度和表面脱碳或者是渗碳的时候掌握好时间等措施来解决这个缺陷2、碳氮化合物过量齿轮经过碳氮共渗能够增加硬化层的强度，但是由于操作不当，可能导致面层浓度过高，是析出的碳化物以角状或网状形态析出，会导致组织表面组织性能严重降低，容易产生齿崩，并且容易应力集中。解决方式是按照正确的工艺操作，严格按照工艺要求进行每一步热处理操作，并在热处理后仔细检测热处理参数，看能否达到既定要求，否则必须重新热处理至达到要求。3、碳氮化合物过量齿轮经过碳氮共渗能够增加硬化层的强度，但是由于操作不当，可能导致面层浓度过高，是析出的碳化物以角状或网状形态析出，会导致组织表面组织性能严重降低，容易产生齿崩，并且容易应力集中。解决方式是按照正确的工艺操作，严格按照工艺要求进行每一步热处理操作，并在热处理后仔细检测热处理参数，看能否达到既定要求，否则必须重新热处理至达到要求。4、碳氮共渗缺陷组织碳氮共渗中最容易出现的缺陷组织是黑色组织，可能造成齿轮的接触疲劳、弯曲疲劳及降低齿轮的耐磨性等，其产生的主要原因由于合金元素Mn被内氧化而生成合金氧化物及氮原子的渗入而生成含Cr、Mn的C、N化合物造成Cr、Mn贫化，使奥氏体的稳定性下降，淬透性降低。这种缺陷是在渗碳是造成的，因此在渗碳的过程中做好气体保护，控制好渗碳炉内的温度满足渗碳是环境条件，使齿轮内部合金元素不被氧化，贫化等使其达到渗碳所具备的条件。5、热处理畸变在齿轮的热处理过程中，由于原材料的悬着，材料原始组织，热处理前序以及齿轮的几何形状等因素可能造成齿轮整体尺寸发生畸变。这中畸变可以通过适当的改变材料，增加预处理工艺，热处理工序中的热处理参数、增加后续处理工艺及控制设备，装炉方式等来减小齿轮的尺寸畸变。三、热处理工艺的设计（一）最初热处理工艺在齿轮的渗碳淬火中，要做到完全不变形是不可能的。其变形主要是在渗碳淬火工序中发牛，主要受材料的淬透性、锻造后齿坯的组织状态、淬火温度、淬火介质和齿轮装夹方式等因素的影响。20CrMo合金结构钢广泛用于心部强度要求高,能承受较高冲击负荷、耐磨损、有一定表面硬度的零件。如摩托车上使用优质链条的重要链轮，起重、运输、矿山、化工、通用机械的变速箱中的部分齿轮以及一些结构复杂仅要求局部表面为HRc45~50的零件。20CrMo低台金结构锅经激光强化处理．表面硬度和耐磨性均有显著的提高，可取代常规热处理方法．满足相关零件表面改性要求。20CrMo钢淬透性好，中、小模数齿轮一般均能淬透；为了改善锻造后的切削加工性能和消除锻造应力，应进行渗碳淬火的前处理850-880℃的退火；根据实际情况及参考工艺手册，确定初始工艺为普通的气体渗碳淬火，其工艺路线为：锻造—退火—轮齿加工—淬火同火—气体渗碳淬火—测定尺寸。最初的热处理工艺如图1所示。图120CrMo钢初始热处理工艺图（二）淬火变形的原因分析在渗碳淬火之前，进行的前处理不适当。即由于锻造后的退火奥氏体化温度低，坯料组织均匀化不充分，而且由于加热后的冷却速度缓慢，使铁素体增多，生成近似于带状和块状组织。因此，由于渗碳时的奥氏体化，就产生组织变化和内应力变化这些变化是产生淬火变形的原因之一。对易产生淬火变形的齿轮，由于对下述问题注意不够，也会导致变形的发生：预热时的缓慢加热采用较低的渗碳温度；齿轮的装夹方式。一般来说，相对于外径而言，在内径较小的情况下，没有采取对应措施，就会造成内径收缩。（三）最终热处理工艺在齿轮的渗碳淬火中，为了防止淬火变形，多采用压力淬火，但在品种多、批量小的周期式渗碳淬火中，由于效率低并且不经济，一般不采用这种淬火。综合上面分析，采取措施，对初始工艺进行改进，有效地防止了热处理变形：调整渗碳淬火的前处理。前处理在粗加工后进行，940℃油淬成马氏体；淬火后在700℃温度下回火，进行球化处理。经过这种处理后，坯料组织能达到预期的细化和均匀化，大大减少出现铁素体的带状组织和块状组织，从而降低比容变化引起的体积变化以及热应力引起的应变。将锥形轴衬装入花键孔内并进行加热，防止淬火时的花键孔收缩变形。安装方法如图2所示。将齿轮竖着装夹。考虑到油淬时齿轮的淬入方向，当将齿轮调整到与油面平行(平放)的位置和将齿轮调整到与油面垂直(竖放)的位置作比较时，由于冷却速度的快慢对外径的收缩或膨胀很敏感，所以两种方法产生的变形不同。如图3所示将齿轮竖放得到的结果较好(图3中虚线表示淬火后的变形量，“+”表示膨胀，“一”表示收缩)。图2锥形轴衬安装示意图图3齿轮装夹方法对变形影响示意图改善渗碳淬火工艺。为了避免快速加热，在750℃(相变点附近)预热40min；降低渗碳温度(最高加热温度)和淬火温度。在降低渗碳温度、控制组织粗大的同时，渗碳深度达到所规定的下限值。另外，降低淬火温度在减小冷却时的热变形方面也有一定的效果。最终的渗碳淬火热处理工艺如图4所示。图420CrMo钢最终热处理工艺综上所述，采取措施后，确定工艺路线如下：锻造一退火一粗加工一淬火回火一轮齿加工一测定尺寸一气体渗碳淬火一测定尺寸。四、总结影响热处理变形的因素很多，如材料性能、锻造后齿坯的组织状态、淬火温度、淬火介质和齿轮装炉方式等，因此找出合适的防止变形方法是不容易的，但在我们详细的研究工艺过程中，可以发现解决问题的线索，从而找到合适的工艺，达到产品的设计要求，这也是我们此次研究的主要内容。

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