齿轮热处理模拟
齿轮钢锻造及热处理工艺研究
齿轮钢锻造及热处理工艺研究作者简介：李荫现（1976.9--）男，汉族，江苏省泰州市人，本科，高级工程师，主要研究方向：金属材料的冷、热成形，预处理，产品最终热处理的工艺编制、开发；齿轮、模具等新材料的应用；齿轮、模具新工艺的研究和应用；异常失效件的分析和问题解决。
摘要：本文研究了普通正火、等温正火、锻造余热等温正火三种预热处理工艺对22CrMoH和20MnCr5齿轮钢锻件组织与性能的影响。
研究发现，采用22CrMoH钢和20MnCr5钢进行高温锻造，可获得良好的贝氏体组织，并可明显获取到大颗粒、高硬度的晶粒。
采用常规正火工艺处理合金渗碳钢，其组织结构和冷却速率较窄(6~9℃/min)，生产中难以控制。
采用等温正火和锻造余热等温正火，在580~660℃范围内得到了最佳的组织和硬度。
更易控制生产环节；锻造余热等温正火得到的是铁素体、贝氏体组织。
介绍了余热等温正火工艺参数的优化方法，即控制余热等温正火工艺的三个主要工艺参数。
依据齿轮形状和零件尺寸，对其等温前冷却速度、温度和时间三个工艺参数进行了合理选择。
对铁素体加珠光体平衡组织进行了研究，并分析了等温锻造余热正火组织对表面加工性和后续热处理性能的影响。
通过后续加热，奥氏体晶粒保持稳定均匀，获得了理想的正火组织。
因组织、硬度适宜，零件加工性能良好，渗碳变形稳定。
本文以22CrMoH钢，20MnCr5钢零件为例，进行了实际生产，采用余热等温正火新工艺，节能降耗，经济效益显著，具有很高的实用价值。
正火成本从每公斤0.35元降至每公斤0.22元。
关键词：汽车齿轮钢；预热处理；普通正火；等温正火；锻造余热等温正火引言汽车制造中，齿轮是必不可少的，每一个齿轮，特别是后桥齿轮，变速齿轮的质量如何，直接影响着整个传动系统和整车的可靠性。
公司所生产的汽车后桥减速器为中、轻、重三种类型，常会出现安装困难、噪音大、齿面磨损等问题。
根据调查结果得知，总成质量的主要影响因素之一就是齿轮渗碳淬火后形成的变形波动，导致齿轮产品接触区发生偏移。
齿轮的热处理工艺流程
齿轮的热处理工艺流程齿轮作为机械传动中的核心部件，其性能的好坏直接影响到整个机械系统的运转效率和寿命。
而热处理作为提升齿轮性能的关键工艺步骤，其流程控制更是至关重要。
本文将详细介绍齿轮的热处理工艺流程，旨在帮助读者深入理解该过程的原理、方法及实践应用。
一、齿轮热处理的目的与意义齿轮热处理的主要目的是通过控制材料的加热、保温和冷却过程，改变其内部组织结构，从而获得所需的力学性能。
经过热处理的齿轮，其硬度、强度、耐磨性、抗疲劳性能等都会得到显著提升，从而确保齿轮在复杂多变的工况下能够稳定、高效地工作。
二、热处理前的准备工作在进行热处理之前，首先需要对齿轮进行清洗，以去除表面的油污、锈迹等杂质。
这是因为这些杂质在热处理过程中可能导致齿轮表面产生裂纹或气孔等缺陷。
清洗完成后，还需对齿轮进行初步的检查，确保其没有明显的结构缺陷，如裂纹、砂眼等。
三、齿轮的热处理工艺流程1.预热处理：预热处理的目的是使齿轮在加热过程中温度分布均匀，减少热应力，防止齿轮在加热过程中产生变形或开裂。
预热处理通常分为几个阶段进行，每个阶段的温度和时间都需严格控制。
2.加热处理：加热处理是齿轮热处理的核心步骤。
在这一步骤中，齿轮被加热到适当的温度，使其内部组织发生相变，从而获得所需的性能。
加热温度的选择需根据齿轮的材质、尺寸以及所需的性能来确定。
加热过程中需确保温度分布均匀，避免局部过热或过烧。
3.保温处理：在达到预定的加热温度后，齿轮需在保温炉中保温一段时间，以确保其内部组织充分转变。
保温时间的长短同样需根据齿轮的材质、尺寸以及所需的性能来确定。
保温过程中需对温度进行持续监控，确保其稳定在预定范围内。
4.冷却处理：冷却处理是齿轮热处理的最后一步。
在这一步骤中，齿轮以适当的速度冷却到室温，以固定其内部组织结构和性能。
冷却速度的选择对齿轮的性能有很大影响。
一般来说，快速冷却（如淬火）可获得较高的硬度和强度，但可能导致较大的内应力和变形；而慢速冷却（如退火）则可降低内应力和变形，但硬度和强度相对较低。
主减速从动齿轮低压真空渗碳热处理工艺
Ｑ Ｓ ０ ． ２ ３ ≤ １ ． １ ０ ≤ ０ ． ０ ２ ０ １ ． ０ ０ ≤ ０ ． ０ １ ５ ≤
１ ９ ２７ ＾ ０－ ３ ０ — ０． ０２ ５ １ ３Ｏ ＾ ０． ２５ — — ０＿ ２ ５ ０． ０５ ０
材料 牌 号 Ｃ
表１ 材料化量分数，％）
Ｃｒ Ｎｉ Ａ１ Ｃｕ
要求 ，为 了实现低成本 、高性 能 ，主减 速从动齿轮 采用 环保的低压真 空渗碳 、高压气体淬 火技术进行热 处理 。 该 工艺 相 对于 常规 的 可控 气 氛渗 碳 热处 理 有以 下
本文主要针对ＭＩ Ｘ 主减速从动齿轮采用低压真空 渗碳、高压气体直接淬火热处理过程 中，齿面金相组
织控 制 、热 处理变形 及工艺优化 进行 了探讨 。
材料及热处理技术要求
材料牌号及化学成分 （ 熔炼分析）见表１ ，材料淬
透性 参见表２ 。 Ｍ １ Ｘ 主 减速 从 动齿 轮热 处理 技 术要 求有 ：表 面 硬
５ ． １ 氐 压真空渗碳过程渗碳介质的流量设定
设 定依据为处理零 件的表面积 ，因此为 了准确设定 和控制渗碳介 质的流量 ，最好采 用质量流量计 。Ｍ１ Ｘ 主 减速齿轮 采用乙炔渗碳 ，计算乙炔流量 的经验公式为 ： 乙炔流量 （ Ｎ Ｌ ／ ｈ ）＝ １ ２ ５ ０（ Ｎ Ｌ ／ ｈ ）＋ １ ２ ５（ Ｎ Ｌ ／ ｈ ・ ｍ ｍ ）× 零件表面积 （ ｍ ｍ ２ ）× 零件数量／ １ ０ 。 。一般情况下 ，实 际
实际工艺取 ２ ０ ０ ０ Ｎ Ｌ ／ ｈ 。
越高。但并不是所有钢材都适合采用高温渗碳工艺。 根据我厂真空渗碳的经验 ，Ｍ１ Ｘ 主减速从动齿轮采用
９ ４ ０ ℃渗 碳 ，渗碳 介质为 乙炔 （ Ｃ Ｈ ： ） ，对应 的Ｆ ｌ ｕ ｘ 值 为
重载齿轮的热处理工艺研究
重载齿轮的热处理工艺研究摘要：通过对１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ材料的渗碳、淬火过程的研究，最终制定了采煤机摇臂内所用重载齿轮的热处理工艺。
关键词：渗碳；淬火；１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢中所含合金总量大于５％而不到１０％，属于高强度中合金钢，具有良好的综合力学性能，特别适合制造性能要求高，横截面比较宽的机械零件，而采煤机摇臂中所使用的重载齿轮就是这样一类零件。
由于采煤机中重载齿轮的热处理技术要求为表面硬度ＨＲＣ５８－６２，硬化层深最高２．３ｍｍ，要想达到这么高的硬度和硬化层深度，必须要进行表面渗碳［１］。
１合金元素对１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ的影响表１中表示的为１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ中合金元素的含量，由于该钢种中镍的含量比较高，且含有一定量的铬元素，因此该钢材拥有良好的强韧性和淬透性，但是该钢种中还含有少量的钨元素，使该钢的珠光体转变起始曲线推迟，导致空冷也会发生贝氏体转变。
在合金渗碳之后，该钢种渗层内的Ｍｓ由之前的３００℃降低到１００℃以内，经过渗碳空冷后的组织为一部分马氏体和大量残余奥氏体，直接影响淬火后的硬度。
若要消除空冷产生的残余奥氏体，必须在保证所需组织不发生相变的前提下高温回火，促进残余奥氏体的转变，从而使得淬火后得到较多的马氏体，达到技术要求。
２．１材料预处理对毛坯进行一次正火，正火温度为９４０℃，目的是为了消除毛坯锻造过程中产生的残余应力，同时细化晶粒，均匀组织。
正火之后会产生大量的残余奥氏体，为了减少这些残余奥氏体，可以采用两个办法：第一，采用深冷处理来促进奥氏体向马氏体的转变；第二，重新进炉回火，通过回火减少连续冷却转变过程中产生的残余应力，促进残奥向马氏体的转变，由于在此转变过程中又会产生新的应力，故需要多次回火。
一般采用第二个办法。
２．２渗碳２．２．１渗碳设备渗碳过程所选用的是型号为ＲＱ３－９０－９的井式渗碳炉，炉子的电脑控制用的是北京汇捷通科技有限公司的控制仪，可以通过调整煤油和甲醇的滴入量来控制炉内碳势，从而模拟渗碳过程。
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]。
齿轮常用材料及热处理
齿轮常用材料及热处理
为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作
条件和材料的特点来选取。
对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。
常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属
材料等。
一般多采用锻件或轧制钢材。
当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁、低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材；高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料;受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。
对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。
常用的齿轮材料及其力学性能列于下表。
钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种
•表面淬火
表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。
表面淬火后,
齿面硬度一般为 40〜55HRC特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。
耐磨性好；由于齿心部分未
淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。
根据热处理后齿面硬度的不同，齿轮可分为软齿面齿轮(< 350HBS和硬齿面齿轮
(> 350HBS)。
一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。
为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高岀30〜 50HBS。
对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。
齿轮热处理变形及预防
齿轮热处理变形及预防史天振;吴思良【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2010(000)017【总页数】2页(P12-13)【作者】史天振;吴思良【作者单位】浙江双环传动机械股份有限公司技术中心,玉环,317600;浙江双环传动机械股份有限公司技术中心,玉环,317600【正文语种】中文变速箱齿轮在渗碳淬火过程中的变形问题一直是困扰和阻挠热处理生产的一大障碍，有效地控制热处理变形是降低成本和提高生产效率的有效手段。
为了控制变形，一般企业都会严格控制原材料淬透性带宽、等温正火质量、渗碳淬火冷却，以及校直等工序质量，来保证渗碳淬火后变形规律性。
本文主要探讨渗碳淬火工序及校直工序对产品变形的影响。
轴齿类的变形主要表现在两个方面：一方面是齿跳；另一方面是齿形、齿向变化。
轴类产品渗碳淬火后要进行校直才能进行齿形齿向的检测，在实际生产中齿跳检测比较麻烦、效率低，因此一般厂家均采用测量相邻近部位轴向跳动来间接反映齿跳的大小。
在实际生产中我们也发现，变形的原因各不相同，有些是真正变形，有些是因为测量基准变化或遭到破坏而造成测量误差，后者往往表现为校直后齿跳检查合格，但齿向检测不合格。
因此，在实际生产中要依据不同的情况进行分析解决和预防。
案例一：某电动工具轴在多用炉渗碳淬火后变形不规律，造成后续校直工序难度很大。
为了解决这个问题，我们更换了不同的装卡方式（见图1、图2），但实际效果不够理想。
从装卡方式变换后的测量结果看，如果造成变形的主要原因不是装卡方式，那一定就是与淬火冷却有直接关系。
为了验证这一设想，将图3所示的整炉产品从最外层到里层逐根进行跳动检测，发现最外层变形比例最高，且具有方向性；到第三层以后变形明显降低。
到底是加热影响、冷却影响还是加热和冷却双重影响？我们又进一步取小批量滚齿后产品加热到渗碳温度后保温30min拉到前室缓冷至室温，出炉后100%检测跳动，发现最大跳动量均在0.02mm以下，这说明变形不是由于加热产生。
高强度汽车齿轮表面强化技术的研究现状和发展趋势_陈勇
1.1 国内外汽车齿轮材料及齿轮工艺参数 模数是齿轮重要的参数，选取汽车齿轮模数
通常要考虑强度、噪声、轻量化及加工工艺等因 素。表1为乘用车和商用车齿轮常用模数及直径工 艺参数范围。
汽车齿轮在传递扭矩和改变速度过程中，通 常处于高速、高载荷、交变冲击载荷等工作环境 中。汽车齿轮材料不仅需要良好的机械加工性能 和热处理渗碳淬火性能，还必须满足合理的成本 需求。为保证齿面和齿顶端淬火深度的稳定性， 通常选用碳质量分数为0.2%左右，单独或复合添 加Ni、Cr、Mn、Mo等合金元素的渗碳合金钢[6]。日 本、德国在汽车高强度齿轮低碳合金钢材料领域进 行了长期的研究开发，表2为常用汽车齿轮材料的 成分组成，目前国内外汽车齿轮用钢主要为 20CrMnTi(国内)、20MnCrS(德系)、20CrMoH(日 系)，表中钢种A、B、C为高疲劳用钢[7]。
1.00–1.30
20MnCrS (German)
0.17–0.22 ≤ 0.4 1.1–1.4 ≤ 0.025 0.02–0.04
1–1.3
20CrMoH (Japan)
0.20
0.25
0.73 0.030 0.030
1.05 0.20
Steel A
众所周知根据研究实践表明提高齿轮的疲劳强度寿命极限既需要改善优化材料的合金成分渗碳碳氮共渗热处理技术还必须与齿轮的表面强化处理技术的研究开发结合起来即实现综合的齿轮表面完整性得到更佳的齿轮抗疲劳性能才能实现对高强度齿轮接触疲劳极限弯曲疲劳极限疲劳耐久寿命最佳摩擦因数的高性能要求45
第 30 卷 第 1 期 2017 年 2 月
收稿日期：2016-10-13；修回日期：2017-01-07 网络出版日期：2017-01-19 08:39；网络出版地址：/kcms/detail/11.3905.TG.20170119.0839.002.html 通讯作者：陈勇(1954—)，男(汉)，教授，博士；研究方向：汽车变速器开发与高强度齿轮技术；E-mail：chenyong1585811@ 引文格式：陈勇, 臧立彬, 巨东英, 等. 高强度汽车齿轮表面强化技术的研究现状和发展趋势[J]. 中国表面工程, 2017, 30(1): 1-15.
齿轮热处理
DI— 某一钢材在冷却速度为无穷大的 冷却介质中淬火后，其钢材中心部分 获得50%马氏体组织时的最大直径
表38
钢在各种常用淬火剂中的冷却速度和冷却强度
在下列温度区间的最高冷却速 度/（℃/s） 650～550℃ 300℃ 85 85 70 5 6 9 80 45 30 以20℃水为标准的相对冷却强 度H 650～550℃ 1.00 0.79 0.54 0.19 0.30 0.40 0.69 0.60 0.52 300℃ 1.00 1.00 0.82 0.06 0.07 0.11 0.94 0.53 0.35
汽化热
蒸汽压
添加剂的影响
添加剂
温 度
外界因素的影 响 冷却条件
表40 冷却条件对冷却强度的影响
冷 却 强 度 H 冷却状态
空 气
静 止 轻微搅动 缓慢搅动 中等搅动 强烈搅动 激烈搅动 端淬喷水 0.02
油
0.25～0.30 0.30～0.35 0.35～0.40 0.40～0.50 0.50～0.80 0.80～1.10 -
图20 要求的最低硬度与调质钢强度之间的关系
相对硬度值的大小对调质钢的强度、塑性和韧性有影响，特别是在高强度时 这种影响就显得更大，图21给出了这种关系。
图21 相对淬火硬度对力学性能的影响
3.3.3 齿轮钢材的调质深度 表44 已知钢材及圆棒直径求截面硬度分布的方法
求作方法步骤 参 考 图
已知： 求
Dc—在某一冷却介质中淬火后能获得 完全淬透的最大截面直径 例： Dc 水 =37.5mm ，表示这种钢在水 中淬火的临界直径为37.5mm
临 界 直 径 法
理 想 临 界 直 径 计算法
通过 钢材的化学成分和本质晶粒度来计算其淬透性 DI=DIc×FSi×FMn×FCr×FMo×…… 式中： DI—理想临界直径（mm） DIc—碳钢在不同含碳量及晶粒度时的理想临界直径（ mm） FSi—合金元素Si一定含量时的淬透性系数（FMn、 FCr……意 义相同）
20crmnti 齿轮 热处理
题目：20crmnti 齿轮热处理一、20crmnti 齿轮的特性和用途20crmnti 钢是一种具有优良机械性能和热处理性能的中碳合金结构钢，常用于制造重载齿轮、轴、连杆、轴承和齿条等零部件。
其主要特点包括高强度、高硬度、耐磨性好、疲劳强度高、具有一定的韧性和可塑性等。
在重载、高速、高温和频繁启动等要求苛刻的工作条件下，20crmnti 齿轮表现出色，被广泛应用于工程机械、汽车、船舶、轨道交通等领域。
二、20crmnti 齿轮热处理工艺热处理是指通过控制材料的加热、保温和冷却等过程，改变材料的组织结构和性能。
对于20crmnti 钢制造的齿轮来说，合理的热处理工艺对其性能和使用寿命起着至关重要的作用。
一般的20crmnti 齿轮热处理工艺包括淬火和回火两个主要过程。
1. 淬火淬火是热处理的重要工艺环节之一。
通过高温加热至奥氏体区，然后迅速冷却至马氏体区，以获得高硬度和高强度的组织结构。
对于20crmnti 齿轮来说，淬火工艺的温度、保温时间和冷却介质的选择都会对最终的性能产生重要影响。
合理的淬火工艺能够使齿轮表面获得较高的硬度，提高其耐磨性和疲劳强度，同时保持一定的韧性。
2. 回火回火是淬火后的齿轮进行的第二次热处理工艺。
通过对淬火后的齿轮进行中温加热一段时间，然后再空冷或油冷，以调整其组织结构和性能。
合理的回火工艺能够降低淬火时产生的残余应力，提高齿轮的韧性和塑性，使其在工作过程中不易产生变形和开裂。
三、20crmnti 齿轮热处理的注意事项在进行20crmnti 齿轮热处理时，需要注意以下几点：1. 温度控制：热处理温度是影响齿轮性能的重要因素，需严格控制在设计要求的范围之内。
2. 冷却介质选择：不同的冷却介质会对齿轮的硬度和残余应力产生影响，需要根据具体情况选择合适的冷却介质。
3. 工艺参数优化：包括加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数需要根据齿轮的实际情况进行优化调整。
4. 试样取样：进行热处理前需要取样进行试验，以确定最佳的热处理工艺。
钢的热处理举例
20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线
5.齿轮热处理工艺 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火） 适用于35～55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。
加工工艺路线:
下料 锻造
正火
粗加工
调质
半精加工 及
低温回火
精车加工 精磨
表面淬火
(1)正火(或完全退火） 细化晶粒，调整硬度 加热至Ac3+30～50℃,空冷, 细珠光体+(少量铁素体) (2)调质热处理 使心部具有良好强韧性 加热至Ac3+30～50℃后淬火+500～600℃高温回火, 回火索氏体 (3)表面感应淬火(表面火焰淬火) 提高表面硬度 表面加热至Ac3+30～50℃，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体, 过渡层马氏体+F＋残余奥氏体, 心部回火索氏体 (4)低温回火 消除淬火应力，低温200℃，M→M回
W18Cr4V球化退火组织
420
淬火 : 1200～1300℃ （温度高）
淬火后的组织:M+Cm+AR(20～25%)
高速钢淬火温度高的原因： 让C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体 高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度 提高红硬性
三次高温回火
在560℃回火时 , 产生二次硬化 多次回火,获得更多碳化物析出 让残余奥氏体转变。
二、滚动轴承热处理
滚珠轴 承 滚针轴承 滚柱轴承
1、工作条件
高载荷，交变应力 高转速，一定冲击。
二、滚动轴承热处理
2、失效形式
接触疲劳破坏
塑性变形
磨损
二、滚动轴承热处理
高的硬度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 3、性能要求: （内外圈和滚动体） 足够的韧性和耐蚀性; 尺寸稳定性
齿轮热处理
1 齿轮热处理概述众所周知,齿轮是机械设备中关键的零部件，它广泛的用于汽车、飞机、坦克、轮船等工业领域。
它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。
齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、是机械产品重要基础零件.它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大,传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点．因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件,也是机器中所占比例最大的传动形式。
由于齿轮在工业发展中的突出地位,使齿轮被公认为工业化的一种象征. 得益于近年来汽车、风电、核电行业的拉动，汽车齿轮加工机床、大规格齿轮加工机床的需求增长十分耀眼。
据了解,随着齿轮加工机床需求的增加，近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多.无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业,还是近年来新兴的高铁、铁路、电子等行业，都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求，对齿轮加工机床制造商提出了新的要求。
据权威部门预测２012 年将达到20０万吨。
但我国齿轮的质量与其他发达国家的同类产品相较还是具有一定的差距,主要表现在齿轮的平均使用寿命、单位产品能耗、生产率这几方面上。
本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试,其内容讨论如何设计齿轮的热处理工艺，重点是制定合理的热处理规程,并按此设计齿轮的热处理方法。
齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。
其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。
是主要零件。
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的作用．在齿根部位受到很大的弯曲应力作用;⑵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；⑶在一些特殊环境下,受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。
因此，齿轮的表面有高的硬度和耐磨性,高接触疲劳强度,有较高的齿根抗弯强度，高的心部抗冲击能力.齿轮常用材料有2０Cr ，20CｒMnTi，18Cｒ2Ni4ＷA.①２0Cr有较高的强度及淬透性,但韧性较差。
齿轮材料的热处理与检验
齿轮材料热处理与检验正确选择齿轮固然很重要，但如果没有选择好适宜的热处理，那将是前功尽弃，可以说材料选择是前提，热处理方法得当是关键。
一、齿轮热处理方式与其性能特性1、调质处理：调质处理使材料获得优良的综合性能，这种热处理常常用于中碳钢和中碳合金钢，如45#、40Cr或40MnB材料，如果齿轮受到的冲击应力和齿面接触应力不是很大的情况下，这种热处理是适宜的，这种材料强韧性使得齿轮齿根抗弯曲能力强，抗疲劳能力也是优良的。
但是调质处理齿轮齿面硬度不够，耐磨性偏差。
2、调质处理+表面淬火：这种热处理方式补充单一调质处理的不足，使齿轮齿面硬度得到提高，耐磨性也随之增强，但是另一个问题仍未解决，就是中碳钢和中碳合金钢材料经过处理后，其冲击韧性尚不能令人满意，在高冲击应力的场合下仍不宜使用。
表面淬火有两种工艺：火焰淬火和高频淬火。
3、正火+渗碳淬火回火这种热处理是针对低碳合金渗碳钢（如20CrMnTi、20CrNiMo等）而使用的，正火是用以改善原材料组织，便于齿轮粗加工；渗碳使齿面含碳量提高，在其后淬火回火中获得高硬度的回火马氏体组织，以提高齿轮的耐磨性。
同时齿轮心部在淬火回火中获得低碳回火马氏体，强度高、韧性好，不仅可以承受高的载荷、大的冲击应力，而且抗疲劳性能也十分优异。
这种热处理也不是没有缺点，首先齿轮在渗碳淬火回火还要精加工，硬度过高会给精加工带来了困难；其次，渗碳淬火回火为了得到回火马氏体，回火温度低（200-300℃），热处理应力未能完全消除，在以后的使用中会逐渐释放造成齿轮微小变形，所以不能用于精密传动的齿轮。
这里的渗碳淬火回火，也包含碳氮共渗淬火回火。
4、调质+渗氮这种热处理适合于渗氮钢和含铬渗碳钢，如28CrMoAl、20Cr2Ni4、38CrMoAl、42CrMo。
氮化后不需要淬火，齿轮尺寸稳定，不需要精加工，克服了渗碳淬火回火残留应力导致日后变形的缺点，所以特别适合精密传动的齿轮，有些容易发生粘着磨损（胶合磨损）材料也适合氮化，氮化后材料抗胶合性能变得非常优异。
40Cr机床齿轮热处理工艺设计要点
辽宁工业大学材料工艺学课程设计（论文）题目：40Cr机床齿轮热处理工艺设计院（系）：光伏学院专业班级：材料111学号：*********学生姓名：***指导教师赵荣达起止时间：2012-7-2~2012-7-12课程设计（论文）任务及评语前言现代工业的飞速发展对机械零部件及热处理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。
由于块规在使用过程中易磨损和碰撞，另外块规本身尺寸精确，因此要求块规具有高的硬度，高的耐磨性和高的尺寸稳定性以及一定的韧性。
但块规没有单独专用的钢种，为了满足上述性能要求，块规选用，低合金工具钢（40Cr）。
40Cr机床齿轮规采用淬火及低温回火热处理工艺，其组织是回火马氏体和残余奥氏体，并残存一定的淬火应力。
这种组织状态在长期放置和使用过程中，将发生变化，从而使块规的尺寸也发生变化，对于高精度的块规，这种变化是不允许的。
尺寸变化的原因主要是残余奥氏体转变为马氏体使尺寸增大，以及残留应力在量具内部重新分布和消失所引起的组织变化。
为使40Cr机床齿轮规尺寸和形状稳定，确保其精度，对要求较高的精密的，淬火温度应低些。
同时在淬火后立即将其冷却到-80℃左右，甚至在液氮中进行冷处理，然后取出再进行正常回火。
为了进一步提高40Cr机床齿轮规尺寸稳定性，在精磨或研磨前，必须进行时效处理，进一步消除内应力，必要时，这种处理要重复多次[1]。
本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计40Cr 机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺技术，重点是制定合理的热处理规程，并按此设计40Cr机床齿轮规热处理工艺方法。
齿轮的热处理
齿轮传动的特点齿轮传动是目前最广泛的一种传动形式，可用来传递任意两轴间运动和动力。
齿轮传动在矿山机械、运输机械、化工机械、建筑机械、起重机械、金属切削机床中都有着广泛的应用。
齿轮传动所以能获得如此广泛的应用，是因为它具有下列优点：①瞬时传动比恒定，工作平稳性高；②效率高，高精度的一对渐开线圆柱齿轮，效率可达0.99以上；③传动比范围大，可用于减速或增速；④传动功率和圆周速度的范围大，功率可以小于一瓦到高达十几万千瓦，圆周速度小可以很低，也可以达到300m/s以上；⑤尺寸小，结构紧凑。
但齿轮传动具有以下缺点:①制造成本较高，高精度的齿轮需用高精度的机床和刀具，故制造成本高；②低精度的齿轮在传动时冲击、振动、噪声较大；③不适用于远距离两轴间的传动。
齿轮传动的类型齿轮传动应用广、类型多。
按其相对运动情况可分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。
⒈平面齿轮传动两齿轮间相对运动为平面运动，其轴线互相平行。
⒉空间齿轮传动两齿轮间相对运动为空间运动，其轴线相交或交错。
按照齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合情况，齿轮传动的分类见表1齿轮传动的类型和应用表-1按照工作条件，齿轮传动可分为开式、半开式和闭式三种。
开式传动齿轮外漏，灰尘及杂物易落入齿面且润滑较差，故齿面易磨损，多用于低俗不重要的场合；半开式传动设有简单的防护罩，润滑得以改善，但灰尘和杂物仍能侵入；闭式传动，其齿轮及轴承均封闭在刚性较大的箱体内，具有良好的润滑和工作条件，故用于重要的场合。
渐开线齿轮的基本参数⑴齿数z：齿轮圆周上凸出的部分称为轮齿，其总数称为齿数，它均匀分布在圆柱体上。
齿数用z表示。
模数压力角一定时，齿数越多，齿轮几何尺寸越大，同时渐开线齿廓曲线平缓。
⑵模数m：分度圆直径d与齿距p及齿数z之间的关系为πd=pz或d=p/π z式中，π为无理数，计算出d若也为无理数，这将给齿轮的设计、制造和检验等带来很大不方便。
所以工程上把p/π规定为简单有理数并标准化，称为齿轮的模数，用m表示，其单位为mm，即m=p/π或p=πm所以d=mz模数是齿轮的一个参数，是齿轮所有几何尺寸计算的基础。
20CrMnTi汽车齿轮的热处理工艺设计
攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：20CrMnTi汽车齿轮的热处理工艺设计学生姓名： X X X 学号： 2011111020XX 所在院(系)：材料工程学院专业： 20XX级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程指导教师： X X X 职称：讲师2013年12月16日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了20CrMnTi汽车齿轮热处理工艺设计。
主要的工艺过程包括下料、锻造、等温正火、机械加工、渗碳、淬火、低温回火、喷丸、磨削等过程。
通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。
20CrMnTi，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。
20CrMnTi表面渗碳硬，化处理用钢。
良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。
关键词：20CrMnTi，淬透，低温回火。
目录摘要 (Ⅰ)1、设计任务 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计的技术要求 (1)2、设计方案 (2)2.1 汽车齿轮设计的分析 (2)2.1.1工作条件 (2)2.1.2失效形式 (2)2.1.3性能要求 (2)2.2钢种材料 (3)3、设计说明 (4)3.1加工工艺流程 (4)3.2具体热处理工艺 (4)3.2.1等温正火 (5)3.2.2退火+机械加工 (5)3.2.3渗碳+淬火+回火热处理工艺 (5)3.2.4喷丸 (6)4、分析与讨论 (8)5、结束语 (9)6、热处理工艺卡片 (10)参考文献 (11)1 设计任务1.1设计任务20CrMnTi汽车齿轮热处理工艺设计1.2设计的技术要求20CrMnTi钢是一种低碳钢材料，淬透性较高，具有良好的强度和韧性，特别是较高的低温冲击韧性，正火后可切削良好。
齿轮热处理的计算机模拟
齿轮热处理的计算机模拟
张津
【期刊名称】《国外金属热处理》
【年(卷),期】1995(017)002
【摘要】本文研究出一种能估算淬火后硬度和残余应力的数学模拟方法。
报导了这一模拟方法及将此法应用于感应淬火和渗碳齿轮的结果。
【总页数】3页(P30-32)
【作者】张津
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG162.73
【相关文献】
1.浅析齿轮钢质量及热处理工艺对汽车用齿轮性能的影响 [J], 张熹;崔京玉;章军
2.热处理设备在风力发电变速箱齿轮热处理中的应用 [J], 薛元强
3.浅谈NGW型齿轮机构中齿轮的选材及热处理 [J], 唐庆顺
4.浅谈齿轮热处理工艺及热后精加工齿轮刀具的选择 [J], 龙松华
5.当今国产齿轮热处理炉的状况：供齿轮热处理车间技改参考 [J], 李国隆
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
(最新整理)齿轮热处理模拟
齿轮热处理模拟编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（齿轮热处理模拟）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为齿轮热处理模拟的全部内容。
齿轮的热处理工艺模拟热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位.随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求.热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异,也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。
Deform—3d软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员,通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。
减少批量报废的质量事故发生。
本例以齿轮钢热处理工艺的模拟过程为例,通过应用Deform-3d热处理模块，进行模拟实验。
1。
1建立模型1.11基本设置进入前处理设置界面，首先修改公英制,将默认的英制（English)修改成公制（SI），同时选中“形变"（Deformation)、“扩散”(Diffusion）和“相变”(Phase transformation）,见图Error! Bookmark not defined.。
图Error! Bookmark not defined.初始资料1。
1。
2模型导入在工件几何体输入对话框内,选择从数据库或关键文件夹（Import from a geometry,. Key or DB file)中输入,输入的文件必须是STL格式的，见图Error! Bookmark not defined.。
- 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)。
齿轮的热处理工艺模拟
热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。
随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。
热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。
Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。
减少批量报废的质量事故发生。
本例以齿轮钢热处理工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d热处理模块，进行模拟实验。
1.1建立模型
1.11基本设置
进入前处理设置界面,首先修改公英制，将默认的英制（English）修改成公制（SI），同时选中“形变”（Deformation）、“扩散”(Diffusion)和“相变”(Phase transformation)，见图1。
图1初始资料
1.1.2模型导入
在工件几何体输入对话框内，选择从数据库或关键文件夹（Import from a
geometry,. Key or DB file）中输入，输入的文件必须是STL格式的，见图2。
图2工件导入
1.1.3网格划分
工件输入后，可以进行网格划分。
这里取网格数8000；表面网格结构(Structured surface mesh)中，层的数量取1；层厚度(Layer thickness)为0.005，设置完成后单击NEXT按钮生成网格，网格生成后的工件三维图形见图3。
图3网格生成
1.1.4材料定义
在材料定义界面选择从数据库或关键文件夹（Import from .DB or .KEY files）中输入，选择安装目录下DEFORM\V6_1\Labs下Demo_Temper_Steel.KEY文件。
界面如图所示，单击Lode按钮。
进入坯料设定界面。
图4材料定义
1.1.5坯料设定
在坯料设定对话框中，将温度(Temperature)、原子(Atom)、相体积分数(Phase volume fraction) 均选择为均匀（Uniform）。
并将温度设置为“20”；原子为“0.2”；相的体积分数（珠光体+贝氏体）设置为“1”，其余设为0，见图5。
图5坯料设定
1.1.6介质定义
分别对加热炉、碳化炉、油、空气4种介质进行设置，如图6所示。
图6介质定义
定义温度与传热系数之间的关系曲线，如下图7所示。
图7热传导系数曲线
1.2模拟设置
1.2.1 方案定义
在方案定义界面，输入5个阶段工序计划，如图8所示:
1)550℃预热半小时（1800s）；
2)850℃渗碳2小时（7200s），将原子容量（Atom）设置文0.8；
3)100℃油淬20分钟（1200s）；
4)280℃回火1小时（3600s）；
5)在空气中冷却1小时（3600s）。
图8方案定义
1.2.2设置模拟控制
按默认好的步数定义为“自动”，每步温度变化为“2”，每步时间最大最小为“0.001”和“10”，步数增量为“10”。
然后定义连个对称面Sym.Plane#1和Sym.Plane#2。
设置完成的模拟控制界面如图9所示：
图9模拟控制
1.3模拟结果分析
1.3.1温度分析
从错误！未找到引用源。
中可以分析，4个点的温度变化基本是一致的，这
是由于工件尺寸较小，加热保温时间充足造成的。
由图可知温度的变化趋势为：先升高到550℃，之后保温一段时间（预热），再由550℃升温至850℃进行保温一段时间（渗碳），之后由850℃急冷到100℃保温一段时间（油淬），再由100℃升温至280℃保温一段时间（低温回火），最后由280℃空冷至30℃。
将温度变化曲线与热处理工艺对比，可以发现模拟结果基本与实际情况相吻合。
图10温度变化
1.3.2残余应力分析
热处理后工件会留有残余应力，严重的话，会造成零件变形。
错误！未找到引用源。
是等效残余应力定点跟踪分析曲线，最大残余应力位于零件表面，尤其是齿轮四周残余应力最大。
通过结合热处理工艺以及残余应力曲线图，不难发现，在齿轮升温过程中热应力比较集中，保温过程中应力会得到相应的释放，尤其是齿轮进行油淬的过程中，极冷的环境下导致应力集中，在之后进行低温回火以及空冷的过程中应力会得到逐步的释放。
图11残余应力
1.3.3硬度分析
错误！未找到引用源。
为硬度的定点追踪分析，由于工件尺寸小，温度均匀，因此硬度的波动范围比较小。
由点追踪曲线图不难看出，齿轮表面的硬度较心部硬度高，这是因为渗碳后进行油淬与低温回火使齿轮的表层与心部得到不同的组织，使其心部保持良好的韧性，表层获得足够的强度、硬度和耐磨性。
图12硬度变化。