汽车变速器齿轮轴热处理优化分析
汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析
编号：本科毕业论文论文题目：汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析系（院）：电子科学与工程系******学号：**********专业：汽车服务工程年级：0701指导教师：***职称：副教授完成日期：2011-5摘要本文通过分析采用传统热处理工艺的汽车齿轮容易出现的失效形式，对选取齿轮材料提出合理要求。
通过对常用齿轮材料的讨论，性能较好的20CrMo、20CrNi2Mo 和17CrNiMo6三种渗碳钢成为首选。
针对传统的热处理工艺中部分不符合技术发展要求的过程进行改进，其中对预备热处理中正火与等温退火的比较，证明等温退火工艺是合理的预备热处理方案。
同时在参考日本等国的高温渗碳技术、渗碳新技术及催渗技术的基础上，重点讨论了真空渗碳的优缺点及应用实例。
最后，给出了作者认为比较好的热处理工艺路线。
关键词：渗碳齿轮；热处理工艺；性能分析格式请严格按照新上传的模板修订，表格格式要求做成三线表（表4.3和4.4已经调好，其他能做成三线表的请做成三线表，个别表格做不成的按原格式），其余修改见文中标记。
改完后全文多通读几遍，不要再留下一些低级错误。
AbstractThis paper through analyzing the car with traditional heat treatment technology of the failure forms of gear is easy to appear in the selection of gear materials, put forward reasonable requirement. Through the discussion to commonly used gear material, performance is good 20CrMo, 20CrNi2Mo and 17CrNiMo6 three carburizing steels become preferred. In traditional heat treatment process part does not meet the technical requirements for the development process, including heat to prepare improvement of zhongzheng fire and the isothermal annealing, it is demonstrated that the isothermal annealing process is reasonable prepare heat treatment plan. In reference to Japan and other countries of the high temperature carburizing technology, carburizing new technologies and urge permeability technology foundation, mainly discussed the advantages and disadvantages of the vacuum carburizing.Keywords:carburized gear；Heat treatment process；Performance analysis目录1汽车齿轮及其失效形式 ------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1齿轮作用简述 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11.2齿轮的主要失效形式的讨论 --------------------------------------------------------------------------- 11.3齿轮应满足的性能要求 ---------------------------------------------------------------------------------- 21.4齿轮材料选取 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 21.4.1齿轮类零件的选材 -------------------------------------------------------------------------------- 21.4.2汽车齿轮选材应满足的条件及需要考虑的因素 -------------------------------------- 3 2齿轮渗碳钢简介------------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.1渗碳钢的分类 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.2合金渗碳钢淬透性的讨论------------------------------------------------------------------------------- 42.3合金渗碳钢应具有的性能及常用热处理工艺 -------------------------------------------------- 5 3国内汽车齿轮用钢现状 ------------------------------------------------------------------------------------------- 73.1通用齿轮用钢 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 73.2商用车齿轮用钢--------------------------------------------------------------------------------------------- 73.3对轮齿材料的讨论 ----------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.1传统汽车用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.2优质齿轮用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 9 4汽车齿轮材料的热处理工艺分析--------------------------------------------------------------------------- 104.1传统的汽车齿轮热处理工艺 ------------------------------------------------------------------------- 104.2对预处理工艺的改进讨论----------------------------------------------------------------------------- 104.2.1预备热处理综述----------------------------------------------------------------------------------- 104.2.2对通用齿轮的改进讨论 ----------------------------------------------------------------------- 114.2.3重载齿轮改进讨论 ------------------------------------------------------------------------------ 124.3渗碳淬火工艺的改进------------------------------------------------------------------------------------- 154.3.1日本等国公司对传统渗碳工艺的改进--------------------------------------------------- 154.3.2部分新的渗碳技术简述 ------------------------------------------------------------------------ 164.3.3 BH催渗技术简介 --------------------------------------------------------------------------------- 174.3.4对真空渗碳工艺的讨论 ----------------------------------------------------------------------- 184.3.5真空高压气淬技术的发展-------------------------------------------------------------------- 21 5总结---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 221汽车齿轮及其失效形式1.1汽车齿轮作用简述汽车中的各种齿轮，主要用于传递动力和运动，并通过它们来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比[1]。
轿车变速箱齿轮热处理常见的缺陷
轿车变速箱齿轮热处理常见的缺陷
轿车变速箱齿轮热处理是制造过程中非常重要的一环，它能够增强齿轮的强度和耐磨性。
然而，在制造过程中，常常会出现一些缺陷，导致齿轮的品质下降，甚至影响整个变速箱的性能。
常见的缺陷包括：
1. 脆性断裂：这种情况通常是由于齿轮在淬火过程中过度冷却导致的。
当齿轮受到冲击或负载时，容易发生脆性断裂，影响齿轮的寿命和可靠性。
2. 淬火裂纹：这种缺陷通常是由于淬火过程中齿轮表面温度过高，造成表面热应力过大，导致齿轮出现裂纹。
这种裂纹通常在使用过程中不易发现，但会导致齿轮的寿命明显缩短。
3. 淬火变形：这种缺陷通常是由于淬火过程中齿轮表面温度不均匀，造成齿轮变形。
这种变形会导致齿轮啮合不良，影响变速箱的性能。
4. 渗碳层薄：渗碳是热处理过程中非常重要的一步，它能够增强齿轮的表面硬度。
然而，如果渗碳层薄，就会导致齿轮表面硬度不足，容易磨损和损坏。
以上是轿车变速箱齿轮热处理常见的缺陷，需要制造厂家在制造过程中认真对待，确保齿轮的品质和可靠性。
- 1 -。
20CrMnTi汽车变速箱齿轮的热处理工艺
20CrMnTi汽车变速箱齿轮的热处理工艺一、学习目标知识目标：·熟悉感应加热表面淬火原理、特点及应用；·了解火焰表面淬火原理、特点及应用；·了解化学热处理过程；·掌握渗碳、渗氮和碳氮共渗原理、特点、常用方法及应用。
能力目标：·能根据零件的化学成分、性能要求和技术条件，合理选择表面淬火和化学热处理方法。
二、任务引入变速箱齿轮位于汽车传动部分，用于传递扭矩与动力、调整速度。
由于传递扭矩，齿根要承受较大的弯曲应力和交变应力；由于变速箱齿轮转速变化范围广，齿轮表面承受较大的接触应力，并在高速下承受强烈的磨擦力；由于工作时不断换档，轮齿之间经常要承受换档造成的冲击与碰撞。
这就要求齿轮表面有高硬度和高耐磨性；齿面有高的接触疲劳强度；心部有较高的强度和高韧性。
图2-25所示20CrMnTi汽车变速箱齿轮的热处理技术要求如下：1.渗碳层表面含碳量为0.80~1.05％；2.渗碳层深度为0.80~1.3mm；3.淬火回火后齿面硬度为58~62HRC，心部硬度为33~48HRC。
图2-25 汽车变速箱齿轮简图三、相关知识在机械设备中，有许多零件（如齿轮、曲轴、活塞销等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的，这类零件表面需具有高硬度和高耐磨性，而心部需要足够的塑性和韧性。
为满足这类零件的性能要求，须进行表面热处理。
常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种。
（一）钢的表面淬火表面淬火是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织——马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织的热处理工艺。
在钢的表面淬火法中，感应加热淬火应用最广。
1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火时，将工件放在铜管制成的感应器内，即图2-26所示装置中，感应器中通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是工件内部就会产生频率相同、方向相反的感应电流（涡流）。
由于涡流的趋肤效应，使涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面电流密度大，心部电流密度小。
如何提高我国汽车齿轮的热处理质量(上)
与强 度）标准 ， 国 １９ 年等效采 ） 我 ９６
用制订 了ＧＢＴ ８ ３ （ ／ ５ ９ 齿轮 材料 热处 （ 理质量控制的一般规定 这一标准 。
用 了密封箱式 多用炉及连续式渗碳
炉 ，使齿轮的渗碳淬火都是在保护
的最大特 点是将 齿轮材料和热处理 质量与疲劳强度密切联 系了起来 。
．
影响 渗碳 淬火齿轮疲劳 强度 的因素
一
５
＼
ｌ
＿ Ｖ ０ Ｉ
共列 出了 ｌ 项 ， ９ 完全 改变 了过 去
接 触疲劳 强度 和弯 曲疲 劳 强度其最
： ０ ２．
｛ ） １
．
５
■ ｒ
｛
Ｉ
齿轮疲劳 强度设计 中仅与硬度的单
值关 系；而且 ，还根据齿轮的重要 程度 （Ｉ ＮＬ一低档 、 ＭＱ一中档 、 ＭＥ～ 高档 ） 对影 响因素提 出不同的要求 ， 既保证性能 质量 ，又具有生产的经 济性 。
度
分
较 好 硬 化 深度
心 部 硬度
较 好 ０
◎最 佳 值 ３ ０ Ｖ ５Ｈ ◎
布
０ 最件 值取 决 ｒ模数 ◎
△ ０ ０ ０ 细较 好
显 微
织 结
品 粒 度
组 构
缺 陷
残 余奥氏体量 碳 化 物
非 码氏体 表 层 非 金 属 体 杂 物
一 ：
埘 提 高 寿 命 乎 没 有 影 响 ： ●： 对 降 低 寿 命 仃 很 大 影 响 ： ▲ ： 对 降低 寿 命 有 一 影响 。 Ｌ
∞ ２６ ０ ￣第５ ０ 期
Ｍ Ｃ 琨代零部件
汽车齿轮箱的热处理与润滑性能优化
汽车齿轮箱的热处理与润滑性能优化汽车作为现代社会重要的交通工具，其性能和可靠性在很大程度上取决于各个零部件的质量和性能。
齿轮箱作为汽车传动系统的关键组成部分，承担着传递动力、改变转速和扭矩的重要任务。
而齿轮箱的性能不仅取决于其设计和制造工艺，热处理和润滑性能的优化也起着至关重要的作用。
一、汽车齿轮箱的工作原理与重要性汽车齿轮箱通过不同齿数的齿轮组合，实现了对发动机输出转速和扭矩的调整，以适应不同的行驶条件和需求。
例如，在起步时需要较大的扭矩，而在高速行驶时则需要较高的转速。
齿轮箱中的齿轮在工作时相互啮合，承受着巨大的载荷和摩擦。
齿轮箱的正常运行对于汽车的性能、燃油经济性和驾驶舒适性都有着直接的影响。
如果齿轮箱出现故障，可能会导致车辆失去动力、异响、换挡困难等问题，严重影响行车安全和可靠性。
二、汽车齿轮箱的热处理（一）热处理的目的热处理是通过对齿轮材料进行加热、保温和冷却等操作，改变其组织结构和性能，以提高齿轮的强度、硬度、耐磨性和疲劳寿命。
（二）常见的热处理方法1、渗碳淬火将齿轮放入含有碳的介质中加热，使碳原子渗入齿轮表面，然后进行淬火处理。
渗碳淬火可以使齿轮表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍保持较好的韧性。
2、感应淬火利用电磁感应原理，在齿轮表面产生涡流加热，然后迅速冷却。
感应淬火可以实现局部淬火，减少变形，提高生产效率。
3、调质处理先对齿轮进行淬火，然后高温回火。
调质处理可以获得较好的综合力学性能，提高齿轮的强度和韧性。
（三）热处理工艺的优化1、精确控制加热温度和时间加热温度和时间的精确控制对于获得理想的组织结构至关重要。
过高的温度或过长的加热时间可能导致晶粒粗大，降低材料性能；而过低的温度或过短的加热时间则可能无法达到预期的效果。
2、优化冷却方式选择合适的冷却介质和冷却速度，可以有效地控制相变过程，减少内应力和变形，提高齿轮的尺寸精度和性能。
3、后续回火处理淬火后的回火处理可以消除内应力，改善韧性，提高齿轮的抗疲劳性能。
汽车变速器齿轮强度的分析与评价
汽车变速器齿轮强度的分析与评价一、本文概述本文旨在深入分析与评价汽车变速器齿轮的强度特性。
汽车变速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性和驾驶舒适性。
而齿轮作为变速器中的关键元件，其强度性能对于变速器的整体性能具有决定性的影响。
因此，对汽车变速器齿轮强度的分析与评价，对于提高汽车性能、保障行车安全以及推动汽车工业的持续发展具有重要意义。
本文将从齿轮材料的选择、齿轮的结构设计、制造工艺以及使用环境等多方面进行综合分析，探讨齿轮强度的主要影响因素。
结合现代强度分析理论和方法，建立汽车变速器齿轮强度的评价体系，为齿轮的优化设计和制造提供理论支持和实践指导。
本文还将对国内外相关研究成果进行综述，以期在总结前人经验的基础上，为齿轮强度的进一步研究提供参考和借鉴。
二、齿轮强度理论基础齿轮作为汽车变速器中的核心部件，其强度性能直接决定了变速器的使用寿命和性能稳定性。
因此，对齿轮强度的深入分析和评价显得尤为重要。
齿轮强度分析主要依赖于强度理论，其中最为基础和常用的是疲劳强度理论和接触强度理论。
疲劳强度理论主要研究齿轮在循环交变应力作用下的疲劳失效问题。
齿轮在传动过程中，齿面承受的是周期性的交变应力，当这种应力的幅值超过材料的疲劳极限时，齿轮就会产生疲劳裂纹，进而导致断裂。
因此，疲劳强度分析是齿轮强度分析的重要组成部分。
在实际分析中，通常使用名义应力法、局部应力应变法或损伤力学法等方法来评估齿轮的疲劳寿命。
接触强度理论则主要研究齿轮在啮合过程中的接触应力分布及其引起的齿面失效问题。
齿轮啮合时，齿面间的接触应力分布不均，如果最大接触应力超过齿面材料的许用接触应力，就会发生齿面点蚀、胶合等失效形式。
接触强度分析通常基于赫兹接触理论和弹塑性力学理论，通过计算齿面接触应力和接触变形来评估齿轮的接触强度。
除了上述两种基本强度理论外，齿轮强度分析还需要考虑齿轮的弯曲强度、剪切强度以及热强度等因素。
一种减小汽车变速器齿轮变形的热处理工艺[发明专利]
![一种减小汽车变速器齿轮变形的热处理工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/74d0d7ff866fb84ae55c8d88.png)
专利名称：一种减小汽车变速器齿轮变形的热处理工艺专利类型：发明专利
发明人：沈玉明,孔铭
申请号：CN200710037427.9
申请日：20070212
公开号：CN101012564A
公开日：
20070808
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种减小汽车变速器齿轮变形的热处理工艺，其步骤为：首先将变速器齿轮渗碳，渗碳温度为900℃，然后将变速器齿轮淬火，淬火温度为830℃，最后在分级淬火油中淬火，淬火油温为140℃－170℃。
本发明的优点是热处理金相指标基本保持不变，而内花键的收口现象得到了根本改善，平均变形量由0.04－0.12mm减小到0.02－0.05mm，降低了制造成本。
申请人：上海旗春热处理有限公司
地址：201800 上海市嘉定区宝嘉公路189号
国籍：CN
代理机构：上海申汇专利代理有限公司
代理人：翁若莹
更多信息请下载全文后查看。
一种变速器齿轮定位孔热处理变形分析
! ! 热处%&& 三维 坐标仪上测试， 仪器测量精度为 ’( ’’)**。 +! 测试结果与分析 图 , 为某横置变速器主减速从动齿轮的产品尺 寸示意图。由图可见， 齿轮轮辐上的 " 个小孔根据 孔径尺寸和位置度的技术要求可以分为两类 （)） ,
个定位孔： 孔径为 !)’( ’-’ . !)’( ’"/**， 位置度要 （,） / 个螺钉孔： 孔径为 !)’( ,’ . 求为 !’( ’/**； 位置度要求为 !’( )’**， " 个小孔测量 !)’( 0’**， 基准为主减速从动齿轮的内大孔 （ !1"( ’,, . !12( 的圆心， 即图示基准 3 与基准 4 平面。" 个小 12+ ） 孔位于轮辐 !),’** 的大圆上。
! ! 表 6 为经过多个齿轮实验获得的两定位孔圆心 连线长度 5 热处理前后的变形数据测试结果。可 见， 热处理后， 即 95 C ? :8 :6<9 A B :8 :<<<##， 首先考虑两个定位 9D6 C ? :8 ::9 A B :8 :"@@##， 孔： 按照式 （6） 计算， 可以得到： ! 当 9D6 C ? :8 ::9## 时，? :8 :"97## -9E6 :8 :"97## ! 当 9D6 C ? :8 :"@@## 时， ? :8 :66<## -9E6 :8 :66<## 为了便于分析， 对于 > 个螺钉孔， 以孔 " 为例， 将孔 " 围绕内大孔圆心旋转至 D 轴附近， 则热处理 后， 按照式 （"） 计 9D" C ? :8 ::9 A B :8 :"@@##， 算， 可以得到： ! 当 9D" C ? :8 ::9## 时，? :8 :;7;## -9E" :8 :;7;## ! 当 9D" C ? :8 :"@@## 时， ? :8 :;6>## -9E" :8 :;6>## =8 " 孔位置度的控制 为了减小热处理过程中主减速从动齿轮的平面 翘曲和内大孔的失圆， 我们采用了压淬工艺来控制其 平面度 （ -:8 :<## ） 和内大孔的圆度 （ -:8 :<## ） 。 经过试验总结和验证， 这两方面对 9 个小孔位置度的 影响主要体现在9E 的变化 （约为 :8 ::<##） ， 综合上 述计算结果分析， 可以得到热处理前 9 个小孔位置度 的控制方法。 （6） 热处理前 E 轴上的偏移分量控制主要取决 于钻孔、 绞孔分度和加工精度 " 个定位孔： E 轴上偏移量绝对值 F !E F ; :8 :6:##； > 个螺钉孔： E 轴上偏移量绝对值 F !EG F ; :8 :=<##。 （"） 热处理前位置度的要求， 由式 （6） 和式 （"） ， 以及以上分析可以得到， 万方数据 — ;; —
齿轮轴热处理工艺分析与研究
般认为 ， 零件本身产生裂纹是 因表面拉应力大于抗拉强
度所造成的。 而磨削零件 的表面最终受力状态是零件热处理后 的表面应力及磨削产生应力的综合结果 。 了防止磨削裂纹的 为
产生 ， 一方面要使淬火工件有 良好的组织 ， 避免过多的残余奥
氏体 ， 采取措施 消除网状碳化物 ， 充分 回火 ； 另一方面 ， 在磨 削 时选用 的砂轮粒度和硬度与零件淬火硬度相适应 ， 磨削速度不 宜过 决， 进给量不宜过大 ， 冷却液要充分供给 。 由于磨削产生的 裂纹只要操作工人经验 比较丰 富 ， 还是可 以避免的 ， 以应重 所 点研究不同的热处理对零 件表 面组织与磨 削裂纹的影 响。 研究表 明， 渗碳 件热处 理后表面受压应力 ， 削使零件表 磨 面受拉应力 ， 因此零件表面综合 拉应力不会很大 ， 在砂 轮太硬 的情况下 ， 渗碳件及高碳合金 钢热处理后的抗拉强度一般大于
下， 首先 产生变形 ， 通过变形释放应力 。因此 ， 这三相在正 常情 况 不可能引起磨 削裂纹。
为此 ， 对残余奥氏体做 了定量分析， 结果见表 １ 。
表 １ 残余奥氏体定量分析结果 淬火后 一次 回火 二次 回火
２ 热处 理对齿 轮表面组 织和磨 削 裂纹的 影响
２ ＣＭｎ ｉ ０ ｒ Ｔ 材料 的选择使齿轮获得高 的齿 面硬度而心部又
３ 实际生产 出现此 问题 的原 因分 析
一
体存在 。 这就需要再次 回火。 只能采取多次 回火 ， 才能消除渗碳 件 的磨削裂纹。马氏体 内的微裂纹经多次 回火后 ， 大部分将熔
合 而消失 ， 对工件开裂及保持一定 的强度都是有益的。并且根 据 以上分析进行了验证实验。 不同热处理工艺对磨削裂纹的影 响实验数据 表明 ： 延长 回火保 温时间 ， 对磨削裂纹没有 明显 的 改善 ； 回火保 温时 间不 能低于 ２ ； ｈ 回火次数在两次 以上 ， 一般 情 况下就能避免磨削裂纹 的产生。
汽车主减速器主、从动齿轮热处理工艺分析与研究
Ｍｏ
表 １ ２ Ｃｒ Ｔ 钢化学成分（ ０ Ｍｎ ｉ ％）
Ｉ
Ｃ
Ｓ ｉ
Ｍｎ
Ｓ
｛
Ｐ
Ｃｒ
常 规 成 分 ０１Ｎ ．４ ０２ ０４ ０９ ． ７ ０２ ．Ｎ ． ．～１ ２ 本 批 成 分 ０２ ．ｌ Ｏ２ ．１ １２ ． Ｏ
００ Ｉ量０ｏ １ —１ ０２ ０３ ． ４ ．４ ． ． １ ４ ．－ ． ００ ４ ００ ３ ．ｌ ．２ １３ ． ２ Ｏ２ ．５
大 齿 轮 ９４ ３ ． ９ ５
小 齿 轮 ９４ ｌ ９ １
１７ ２０ ．～ ．
６～３ ０ ６
＜４ ０
煤 油 滴 量 ｆ ／ ｉ１ 滴 ｒ ｎ ａ
１Ｏ ８
ｌｏ ｏ
８ ０
也 按 此 工 艺 处理 ， 不 会 出现 内孔 胀 大 的 问题 。 就
上 述 处 理 ， 热 是 在 箱 式 炉 内 进 行 的 ， 火 机 床 使 用 喷 水 装 置 进 加 淬 行 冷 却 ， 高 频机 的频 率 无 关 。 操 作 前 ， 将 淬 火 机 床 的 心 轴 高度 和 与 在 应
变速器齿轴件热处理流程的精益改善
收稿日期:2018年4月1研究背景汽车变速器是协调发动机转速和车轮实际行驶速度的传动装置[1]。
在变速器传动系统中,齿轮传动应用最为广泛。
与带、链、摩擦、液压等传动相比,齿轮传动具有传动准确、结构紧凑、使用寿命长等优点,被公认为现代工业化的一种象征[2]。
汽车变速器中齿轴的主要作用是传递动力,改变运动速度和方向[3],其服役条件如下:①齿轮工作时,通过齿面的接触来传递动力,两齿轮在相对运动过程中,既有滚动,又有滑动,因此齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力作用,在齿根部位受到很大的弯曲应力作用;②高速齿轮在运转过程中的过载产生振动,承受一定的冲击力或过载;③在一些特殊环境下,受介质及环境的影响而承受其它特殊力的作用。
齿轮的表面既要有高的硬度和耐磨性、高接触疲劳强度,又要具备较高的齿根抗弯强度、高的芯部抗冲击能力。
热处理作为零件制造中的特殊工序,对零件的隐性质量将会产生较大影响,因此热处理是企业生产制造中的关键工序,也是各类质量评审所重点关注的部分。
热处理零件生产交付的关键性和重要性不言而喻,可以说,热处理零件的准时高质量交付是实现装配性能的前提和基础。
同时,由于热处理设备一般都具有体积大、功率高、污染重等特点,再加上传统计划体制生产组织的制约,导致热处理生产成本居高不下,已经逐步成为制约和限制专业发展的瓶颈与短板[4]。
热处理是制造业中重要的一环,但因为种种原因,诸多的精益生产方式在热处理行业中并未获得认同,照搬装配、机加工的精益生产方式用于热处理行业,可能会适得其反。
热处理的生产精益化,需要在把握精益生产内在核心的基础上,根据实际自主创新开展[5]。
2齿轴件热处理流程变速器齿轴件热处理主要工序流程为收料→清洗→预热→渗碳淬火→回火→喷丸→入库待发运。
其中,清洗至回火工序由真空炉生产线连线,通过料车自动转运完成。
此外,喷丸后需要进行理化检验,以确认在热处理加工后的零件符合表面硬度、芯部硬度、硬化层、显微组织等技术指标。
变速箱齿轮热处理变形控制方法分析
0引言变速箱是汽车重要的受力单元，对于重型汽车来讲，其具有载重大、行驶路况差等特征，在此背景下，也会给变速箱产生剧烈的冲击。
因此，为了保证重型汽车的顺利行驶，需要有强度高、耐磨性强且高冲击韧性的变速箱齿轮为支撑，而这一目的的实现，就需要对齿轮热处理过程进行严格控制，防止出现变形而引发的齿轮尺寸变化和异常噪声的情况。
1齿轮热处理发生变形的重要影响因素分析1.1齿轮设计形状齿轮在制作中主要用钢等作为材料，钢的属性材料容易受到温度的变化而产生韧度的变化[1]。
因此，齿轮会在高温热处理环境下发生一定程度的变形。
主要是受热过快所致。
在高温下，齿容易轮受热不均匀，内部温度相对于外部表面温度来说，受热相对是较慢的，因此局部温度受热导致形状上发生转变，出现局部位置有凸出或者凹陷的情况[1]。
通过分析齿轮在加工热处理过程中出现变形的原因可以得知，设计结构形状是较为突出的影响因素。
例如如果设计结构不准确，那么就会导致齿轮的受热不同，变形现象也由此发生。
鉴于此，在针对齿轮进行设计时，要对壁的厚度进行合理控制，确保其合理性和均匀对称性。
同时，截面尺寸比例间隙也要避免出现过宽的现象。
也只有在此方面注重齿轮设计的优化改造，才能使齿轮设计具有的影响有效降低。
1.2原材料的特性原材料质量是影响齿轮热处理技术和齿轮疲劳寿命的重要因素。
通常原材料特性主要涵盖了淬透性、纯净度和晶粒度三个方面。
淬透性是指原材料淬火过程中奥氏体向马氏体转换过程的难易情况。
为了使热处理工艺和变形更加稳定，需要对材料有一个相对稳定的淬透性类别[1]。
淬透性与热处理变形间存在正比关系，而———————————————————————作者简介:苑盼盼（1989-），女，河北唐山人，助理工程师，研究方向为机械设计制造及其自动化。
变速箱齿轮热处理变形控制方法分析苑盼盼（北京北齿（黄骅）有限公司，黄骅061100）摘要:热处理简单而言就是基于加工过程中实施加热锻造的一种工艺方法,是齿轮加工过程中不可或缺的环节。
齿轮变形？看一下变速箱齿轮的单件连续式自动化热处理
齿轮变形？看一下变速箱齿轮的单件连续式自动化热处理作者：赵小强，刘耀忠单位：西科沃克瑞泰克热处理设备制造（天津）有限公司来源：《金属加工（热加工）》杂志变速箱是汽车工业中非常重要的零部件，而变速箱中的齿轮组则是其核心的零件，因此保证变速箱中齿轮的精度在变速箱生产过程中非常关键。
变速箱齿轮需要具备强度高、耐磨性高、抗疲劳强度高、韧性高等一系列优良的力学性能，为了使齿轮能够具备以上性能，对齿轮进行热处理是齿轮加工过程中必不可少的环节。
1.齿轮的传统热处理工艺目前在汽车工业中通常采用气体渗碳淬火工艺对齿轮进行热处理，但是这种传统的气体渗碳工艺存在很多弊端，如：（1）在渗碳过程中需要大量的原料气，通入的绝大部分原料气需要排除燃烧掉，从而产生大量的温室气体，对环境造成污染。
（2）采用批量式热处理，齿轮需要摆放到料架上。
通常，料架的重量占到炉子装炉量的30%~40%，使料架在加热和冷却过程中均造成大量能耗。
（3）渗碳过程中，由于气氛的均匀性及温度均匀性使各处的起始渗碳时间不一致，导致齿轮的渗层均匀性及重复性离散度大，料架的使用寿命和自身的成本大大增加了齿轮的渗碳成本。
（4）传统工艺需要后清洗工序，降低了效率，提高了成本。
（5）批量生产中，不同位置的齿轮在加热、渗碳及冷却过程中所经历的过程不同，导致各个齿轮的变形量不同。
控制每个齿轮的变形量是热处理过程中非常重要的指标，因为变形对齿轮的精度、强度等质量指标造成很大影响。
为了改善齿轮的精度，需要在热处理后增加磨齿等工序，而较大变形会增加磨齿的工作量，增加了高额的维修费用，而且降低了生产效率。
据统计，全球汽车制造业每年对存在变形的齿轮进行加工所需要支出的费用高达200亿欧元。
2.Unicase Master单件连续式热处理系统西科沃克公司针对齿轮在传统热处理过程中出现的问题，基于低压渗碳的原理，研发并制造了最先进的单件连续式自动化热处理系统—Unicase Master，主要用于汽车工业中齿轮类和轴承套圈类零件的渗碳淬火工艺。
大型齿轮轴热处理工艺的优化
大型齿轮轴热处理工艺的优化大型齿轮轴是重要的动力传动和变速零件，其性能很大程度上取决于热处理过程，因此，对热处理工艺要求十分严格。
齿轮轴热处理主要包括长时间高温强渗碳势深层渗碳和空冷至一定温度淬火。
目前大型齿轮轴热处理中容易发生的问题，一是表层渗碳组织不符合工艺要求，比如，由于大型齿轮轴尺寸大，热处理后一些花键齿部分表层贝氏体/珠光体含量高、形成明显网状；另一个问题是齿轮轴在热处理过程中容易发生畸变，严重时渗碳层齿面中部凹陷，呈两头翘起的马鞍型。
由于渗碳齿面为啮合工作面，允许的磨削余量非常小，这就要求热处理后的齿面畸变小而尺寸精确，以确保磨削加工后齿间的啮合精度和渗层深度。
大型齿轮轴热处理装炉量少，生产效率低，故优化热处理工艺、提高热处理质量很有必要。
根据陕西法士特齿轮公司的研究，造成贝氏体/珠光体组织的原因来自于：一、箱式渗碳炉的原料气和密封性。
箱式炉采用电加热，原料气有甲烷、丙酮、氮气、氨气。
原料气中水分、空气含量大时，就会间接的带入大量氧原子促使合金元素内氧化，降低零件的淬透性，生成大量黑色块状贝氏体/珠光体；设备密封性不好也会有大量空气侵入，使贝氏体/珠光体量增多。
二、淬火冷却速率不够。
淬火冷却速率越低，形成的贝氏体/珠光体组织越多。
三、淬火介质。
淬火过程中，由于油品氧化以及搅拌不充分等因素导致蒸汽膜破裂时间增长，加剧了表面贝氏体/珠光体增多的倾向，提高油品的淬透能力能有效抑制表层贝氏体/珠光体形成。
根据上述分析，他们提出以下大型齿轮轴类零件热处理工艺的优化方案：一、采用零件竖放，气孔朝上，使零件深入淬火油中时气孔内气体及时排放，这样就不会形成封闭的气泡以至于降低淬火冷却速率。
二、采用高纯度气体作为原料气，定期保养设备以保证设备有良好的密封性。
三、在保证不产生严重畸变和形成淬火裂纹的前提下尽量采用快速淬火油和增强搅拌(提高电机转数)来提高淬火冷却速率和冷却均匀性。
四、在扩散后期通入氨气，氨气分解可以对渗层补充合金元素氮，减少因合金元素贫化造成淬透性下降而形成的贝氏体/珠光体组织，提高零件的淬透性和淬硬性。
载货汽车变速器齿轮材料与热处理质量的改进
由于齿轮渗碳温度较高，时间
52 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2008年第4期
METALWORKING FEATURES
金 加专题
较长，当材料抵抗晶粒长大的能力 较弱时，热处理后将得到较粗大的 组织，降低齿轮的机械性能与使用 寿命。晶粒度要求为，在930 ℃×3 h 渗碳后空冷，奥氏体晶粒度≥5级。
齿坯采用等温正火自动生产线 进行处理，其工艺路线为加热炉 （共5个区）1~2区加热→3~5区均 温并保温（935~950 ℃）≥80 min →风冷室（采用10 000 m3/h流量的 空气）急冷（5~15 min）→等温炉 （共5个区）1~5区进行加热、均温 和保温（≤670 ℃）→空冷。检验 结果如表4。
(2)随着汽车产量的增长及产品 品种的不断增加，尤其是重型载货 车大扭矩变速器（如1 500~2 200
2008年第4期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 51
金 加 专 题 METALWORKING FEATURES
零件名称 一、二速齿套 四速齿轮 二轴
表1 20CrMnTiHA钢变速器齿轮的淬透性选择
a.普通正火工艺的影响 普通正火工艺由于受炉温均匀 性、装炉方式、生产方式及冷速等 因素的限制，正火后的齿轮毛坯显 微组织不均匀，容易出现α -Fe魏氏 体、粒状贝氏体组织，增加了切削 应力，而且硬度不均匀，硬度波动 范围较大（156~207 HBS），这些 缺陷都会增加齿轮渗碳淬火畸变， 最终影响齿轮的工作噪声与使用寿
a.化学成分
产，不仅要求变速器齿轮要有耐大 器齿轮用钢SAE8620H，淬透性要
渗碳钢的化学成分对钢的淬透
负荷性能，具有抗弯曲疲劳性能及 抗冲击性能等，而且尺寸精度要求 比较严格，因而推动了Cr-Mo系、
齿轮中间轴热处理变形异常零件校直策略分析
齿轮中间轴热处理变形异常零件校直策略分析摘要：本文针对变速箱齿轮中间轴部分零件热处理后变形较大、硬度较高，校直异常困难的情况，通过拉伸试验确定了抗拉强度极限，结合有限元分析软件计算出了最大校直行程；通过理论分析，给出了一种针对变形异常件的校直策略；最后，通过现场试验，验证了校直策略的正确性，能有效的指导变速箱齿轮中间轴校直工艺的生产现场，对变速箱的轴类零件校直质量提升具有重要的指导意义。
关键词：齿轮中间轴，校直，热处理变形，硬度，裂纹，断裂齿轮中间轴作为变速箱的重要组成部分，其质量优劣关系到整车的传动效率、换挡平顺性以及寿命。
目前国内重卡变速箱中间轴校直工艺均停留在经验试错的方法上，缺乏指导性，且由于钢材材料元素、热处理指标、机加工等影响因素，零件到达校直工序时变形往往范围较大，且规律无章可循，导致校直机参数无法适用所有零件，增大最大修正量后校直断裂的情况时常发生，现场操作人员苦不堪言。
针对此种情况，通过拉伸试验、校直策略分析、现场试验验证等方法得出了校直参数推荐值，为操作人员提供了参考。
1、拉伸试验及软件结果分析校直工序是一种通过外力使热处理变形零件发生塑性变形的加工过程，校直行程大小关系到加工效率的高低，同样，行程不合适会导致断裂、出现裂纹的情况发生，不同材料的抗拉强度、屈服强度、弹性模量不同，通过投制试棒，进行拉力试验，得到变速箱齿轮中间轴材料的相应参数，在有限元软件中通过材料属性的定制设置，来得到所需要的应力-应变云图。
针对拉伸试验，对投制的试棒进行和变速箱齿轮中间轴相同条件下的热处理，将试棒进行编号，并涂色做标记，以测量断面收缩率，完成以上工作后进行拉伸，获得相应的指标数据及拉伸曲线。
拉力试验机给试棒加载直至试棒断裂为止，计算机记录应力-应变曲线如图1所示，得到抗拉强度、弹性模量等数据如表1所示。
需要说明的是，拉伸试验一般需要多根试棒进行重复验证，条件允许的情况下，试棒数量越多，拉伸试验得到的数据则更为准确，但会带来试验成本的上升，在材料批次、种类、供货厂家相对稳定的情况下，3-5根试棒可以满足要求。
解放牌汽车变速箱齿轮热处理工艺设计
毕业设计（论文）题目：解放牌汽车变速箱齿轮热处理工艺设计年级专业：精细化学品生产技术学生姓名：学号：指导教师：职称：副教授导师单位：化学工程系论文完成时间：2009年12月20 日附件 2山东化工职业学院毕业设计（论文）任务书专业：精细化学品生产技术班级：精细化学品生产技术1班设计者：合作者：指导教师：课题名称：解放牌汽车变速箱齿轮的热处理工艺设计完成日期：2009 年 12 月 20 日附件3山东化工职业学院毕业设计（论文）评定表前言热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。
通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。
本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。
通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。
热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。
如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。
现代工业的飞速发展对机械零部件﹑工模具等提出的要求愈来愈高。
热处理不仅对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。
为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点﹑要求和技术条件，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料；再根据生产规模﹑现场条件﹑热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后根据其经济性﹑方便性﹑质量稳定性和便于管理﹑降低成本等因素，确定出一种最佳方案。
目录1.课程设计的原则 (4)1.1热处理零件结构形状设计....................................‥4 1.1.1结构形状设计应避免应力集中..............................‥4 1.1.2 结构形状设计应尽量简单、均衡、规则、对称.........‥4 1.1.3设计中实际措施................................................‥5 1.2热处理零件的选材原则 (5)1.2.1使用性原则 (5)1.2.2 工艺性原则 (5)1.2.3 经济性原则 (6)1.2.4 选材时应注意的几个问题 (6)1.3热处理工艺设计 (7)1.3.1热处理在加工工艺路线中的位置 (7)1.3.2热处理工艺选择时应重点考虑的因素 (8)1.3.3热处理工艺规程的拟定 (8)1.4 本课程设计任务 (9)2. 解放牌汽车变速箱齿轮的热处理工艺设计 (10)2.1汽车变速齿轮的服役条件 (10)2.2 汽车变速齿轮常见的失效形式 (10)2.3汽车变速齿轮的性能要求 (11)2.4 汽车变速齿轮的材料的选择 (11)2.4.1 汽车变速齿轮备选材料分析……………………………‥122.5 汽车变速齿轮的加工工艺路线 (13)2.6 热加工及热处理工艺规程 (14)2.7 各热处理工艺后的金相组织分析 (16)2.8 热处理工艺过程中的质量检验项目 (19)2.8.1 渗碳淬火后齿轮的检验项目、内容和要求 (19)2.8.2 渗碳齿轮的常见缺陷及防止措施 (21)3.心得体会………………………………………………‥23 4．参考文献………………………………………………‥241.课程设计的原则1.1热处理零件结构形状设计需要热处理的工件，在设计时，除了应考虑服役条件、承受载荷的大小和机械加工工艺外，还要要考虑热处理的变形、开裂所造成的产品报废。
汽车变速器齿轮材料选择及热处理工艺设计
汽车变速器齿轮材料选择及热处理工艺设
计
汽车变速器齿轮材料选择及热处理工艺设计
摘要：本文主要通过对变速器齿轮的工作环境、受力情况、失效形式进行分析，总结出齿轮使用时所要的性能要求；选择了两种较为合适的材料，但通过对其价格、加工工艺及最终性能等多方面进行比较后，确定了变速器齿轮的材料；运用一套完整的热处理工艺，设计出了符合国家标准要求的变速器齿轮。
关键词：齿轮；材料；热处理
目录
1齿轮的应用及发展前景• 2
1.1 齿轮的应用•2
1.2 齿轮轴的工作环境•2
1.3 齿轮的发展前景•3
1.4 齿轮的受力失效形式分析•4
1.5 齿轮的选材要求•5
2 齿轮的性能要求•5
2016-全新公文范文-全程指导写作–独家原创
3 齿轮的材料选择•6
3.1 材料合金元素作用分析•7
3.2 材料加工工艺分析•8
3.3 热处理工艺分析•9
3.4材料工艺的技术要求•10
3.5 材料的质量控制•11
3.6 材料的价格比较•11
3.7 材料的最终性能•12
3.8 材料的最终选择•12
4 20CrMnTi齿轮热处理工艺方案设计•13
4.1 齿轮选用的热处理设备•13
4.2 工艺路线•13
4.3 热处理工艺制定•13
4.4 预备热处理工艺•13
4.5 最终热处理工艺•15
5 20CrMnTi齿轮热处理工艺曲线图•18
6 热处理工艺卡片•19
7 热处理工艺特性对齿轮质量和寿命的影响•20 结论••21
2016。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽车变速器齿轮轴热处理优化分析
作者：邵博
来源：《科技创新与应用》2015年第18期
摘要：汽车变速器是汽车传动系统中的组成部分。
在齿轮轴的加工工艺中，热处理是重要的环节，要合理采用材料和热处理方法，满足齿轮轴的加工技术要求。
关键词：变速器；齿轮轴；热处理；优化分析
1 工作条件分析
汽车变速器是汽车传动系统中的组成部分，其依靠齿轮传动的方式实现动力传递。
在工作过程中齿轮轴与齿轮配合作高速旋转运动，齿轮轴接触较大的摩擦力、交变弯力矩和拉压载荷。
因此，要求齿轮轴具有良好的力学性能、耐磨性能、抗疲劳强度。
在齿轮轴的加工工艺中，热处理是重要的环节，要合理采用材料和热处理方法，满足齿轮轴的加工技术要求。
2 材料的选择
选择汽车变速器齿轮轴材料时，要根据齿轮轴的工作条件来确定。
按照上文齿轮轴的工作条件分析，齿轮轴的选材适用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢。
其热处理采用渗碳（碳氮共渗）、淬火、低温回火，齿轮轴表面可获得58～63HRC的高硬度，因淬透性较高，齿轮心部有较高的强度和韧性。
这种齿轮轴的表面耐磨性、抗疲劳强度和齿根的抗弯强度及心部抗冲击能力都比表面淬火的齿轮轴高。
常用的合金渗碳钢有20CrMnTi、20Cr、18Cr2Ni4W。
其中20Cr具有较大的晶粒长大倾向，且所能承受的负荷不能太大，故不采用。
18Cr2Ni4W是高淬透性渗碳钢，具有良好的强韧性配合，缺口敏感小，但是切削工艺性差，合金元素含量高，成本较为昂贵，故也不采用。
20CrMnTi具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度较高，晶粒长大倾向小，冷热加工性能均较好，价格也较为合理，所以选用20CrMnTi作为该齿轮轴的材料比较合理。
20CrMnTi成分（%）：
C：碳在钢中形成固溶体，提高钢的强度；碳与钢中其他合金元素形成碳化物，提高钢的强度、耐磨性。
Mn：锰在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；稍稍改善钢的低温韧性。
Si：硅强化铁素体，提高钢的强度和硬度；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性。
Cr：铬在钢中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物，促使其溶于奥氏体，增加奥氏体合金含量；淬火加热时，铬几乎溶于奥氏体，主要起增加钢的淬透性作用；铬的添加使钢具有一定的耐蚀性，并提高耐磨性优化渗碳时的渗碳参数。
Ti：钛与碳形成硬度极高的碳化物，在钢中呈弥散分布时起到定扎晶界的作用，能抑制晶粒长大从而起到细化晶粒的作用，同时提高钢的硬度、强度和耐磨性。
20CrMnTi的临界点为：Ac1：740℃，Ar1：650℃，Ac3：825℃，MS：365℃。
3 热处理优化分析
该20CrMnTi齿轮轴所制定的加工工艺路线为：锻造→正火→机加工→碳氮共渗→淬火→回火→精磨→喷丸。
毛坯料在锻造后需调整组织状态才适合于机加工，有3种常规预备热处理方法均能满足组织性能要求：方案1退火、方案2调制、方案3正火。
其中，方案2需要回火，时间长、耗能多，所以这里不采用调制作为机加工前的预备热处理。
方案1与方案3在耗能方面没有差别，但方案1需要工件随炉冷却，生产周期长，不采用。
所以采用的是正火作为机加工前的预备热处理。
20CrMnTi本身的性能还不足以满足该齿轮轴的全部性能，需要进行化学热处理提高表层组织性能。
满足性能要求的可行方案有：方案1渗碳、方案2渗氮、方案3氮碳共渗、方案4碳氮共渗。
其中方案2与方案3其所得表层组织高硬高耐磨，但是耐冲击性能较差，而该齿轮轴在使用过程中可能会遭遇一定的冲击载荷，氮化层在受到冲击后可能会出现小块剥落，造成齿轮轴与齿轮的磨粒磨损，对长期使用的寿命不利，故方案2与方案3不采用。
方案1与方案4的深层均能较好的满足高疲劳强度和高耐磨的性能，但是方案1渗碳的温度较高，淬火时需要预冷，操作较为繁琐，而不预冷直接淬火则会产生较大变形，对零件精度不利。
方案4碳氮共渗温度较低，可直接淬火，操作简单，变形量小，而且效率不低，因此化学热处理步骤采用碳氮共渗。
因为20CrMnTi本身晶粒长大倾向小，碳氮共渗温度不高，所以可以直接淬火回火。
正火：20CrMnTi正火温度为Ac3以上30～50℃，20CrMnTi的Ac3温度为825℃，使用箱式电阻炉，故加热温度取上限温度875℃。
保温时间由t=αKD计算，α由于最大直径小于50mm，故α取1.4，炉中堆垛方式见图1，即修正系数K取1.3，考虑到装炉量后计算得保温时间t为1.5h，冷却方式：出炉空冷，获得组织：索氏体，设备RX3-15-9，额定温度950℃，功率15KW。
碳氮共渗与淬火回火：采用煤油与氨气作为共渗介质，20CrMnTi共渗温度一般为860～880℃，故取870℃作为共渗温度，有资料指出最终渗层厚度在0.5～0.9mm时渗速在
0.2mm/h，渗层深度按要求为x=0.8mm，则计算所得共渗时间为：4h，共渗设备：RQ3-35-9，
额定温度950℃，功率35kw。
共渗完成后直接出炉油淬，为了获得所需性能，淬火后需要进行200℃回火2h，回火设备：RJ2-36-6，额定温度650℃，功率36kw。
其中碳氮共渗时氨气所占比例应控制在40%，氨气供量0.1m3/h，煤油滴量为35滴/min。
共渗及淬火回火曲线：。