渗碳钢齿轮热处理变形及预防
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
预防措施
(1)气体渗碳时，为了防止表层过度渗碳，在强 渗后期安排扩散阶段，合理安排强渗和扩散阶 段的时间对于控制渗层的深度有很大的关系。
(2)对已经产生表层过度渗碳的齿轮，应在低碳 势渗碳炉中进行扩散处理，或进行碳化物球化 退火处理（获得粒状珠光体组织，为淬火做好 组织准备）后再进行重新淬火。
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渗碳齿轮热处理常见缺陷
1、齿轮表层过渡渗碳 2、淬火后表面硬度偏低 3、齿轮心部硬度不足 4、齿轮硬化层偏浅 5、渗碳层深度不均匀
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1、齿轮表层过渡渗碳
渗碳齿轮由于处理不当过度渗碳后，表层将会出 现块状、网状碳化物，少量的粒状碳化物可以改善齿 轮的耐磨和接触疲劳强度性能，若块状、网状碳化物 过多将使齿轮表层的脆性增大，易于脱落，使用时齿 轮塑性变形能力降低，耐冲击性减弱，齿根部弯曲疲 劳性能下降，齿尖角变脆，易于崩裂，淬火后渗碳齿 轮在磨削加工时易于开裂。
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5、渗碳层深度不均匀
正常情况下齿轮在渗碳的过程中， 由于几何形状和曲率半径的原因齿根比 其它部位要稍浅。几何因素造成渗碳层 不均难以避免。但是由于其它因素造成 渗层比正常情况更加不均匀，将造成齿 轮不同部位性能不连续，薄弱区域首先 破坏，继而整个齿轮损坏，严重影响齿 轮寿命。
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原因分析
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碳化物 400× 4%硝酸酒精溶液侵蚀
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原因分析
气体渗碳时，若渗碳炉内碳势过高，强渗时间过 长，表层过共析（珠光体＋二次渗碳体）程度就越大， 出现齿轮表层渗碳过度。特别对含有强碳化物形成元 素Mo、W等渗碳钢，碳元素的扩散速度较慢，齿轮渗碳 层表面碳浓度高，达到过共析成分的渗碳层，在冷却 过程中，从奥氏体晶界处析出渗碳体形成块状、网状 分布。
机车从动齿轮渗碳淬火变形问题的分析与预防
机车从动齿轮渗碳淬火变形问题的分析与预防摘要齿圈类机车从动齿轮，因为尺寸较大的薄板形结构，渗碳淬火后不可避免地要发生变形。
这样既影响从动齿轮的精度，也严重影响齿轮的使用性能。
本文从材料、热处理等影响齿轮热处理变形的几个主要因素入手，分析其产生的原因，并通过适当的选材以及热处理工序等相应措施，减少齿轮热处理变形，从而提高齿轮加工精度。
关键词齿轮热处理变形因素变形控制1 前言目前，在铁路跨越式发展理念的引导下，各个主机厂都以“客运高速、货运重载”为目标，应用新材料、研究新工艺、开发新产品。
牵引从动齿轮是机车驱动装置上的关键零部件，它的好坏直接影响到机车是否能够高速重载。
由于大功率机车从动齿轮因为尺寸较大，渗碳淬火后易产生变形，已经成为制约产品质量和使用性能的瓶颈，所以对机车从动齿轮渗碳淬火的研究有重要的现实意义。
2 齿轮热处理变形的影响因素2.1齿轮材料对齿轮变形的影响由于同一牌号的钢材，其淬透性曲线会在一定范围内变化，导致了淬透性带宽的不同，渗碳淬火后的组织就会出现差异，变形也就不一样，如果淬透性带宽过宽，必然会导致齿轮热处理变形无规律。
实验表明，钢的淬透性越高，热处理后齿轮的变形就越大。
当心部硬度高于HRC40时，变形就会明显增大。
目前，使用与从动齿轮强度相匹配的窄淬透性带宽的渗碳钢已经成为齿轮行业选材的共识。
2.2 预备热处理对齿轮变形的影响齿轮预备热处理组织的均匀性和稳定性对齿轮最终热处理变形的影响很大，因为齿轮各部分的原始组织不同，其比热就不同，在热处理过程中产生的尺寸变化也就不同。
齿轮经高温锻造后，由于其组织粗大不利于随后的渗碳处理，所以一般高温锻造后的齿轮需要经过正火处理，以达到细化晶粒和改善显微组织的目的。
但是，往往正火硬度过高，出现大量索氏体或魏氏体组织，它们的存在都会使内孔变形增大，所以必须引起足够的重视。
2.3 渗碳工艺对齿轮的影响2.3.1 温度的均匀性对齿轮的影响温度的均匀性是造成热处理变形的因素之一。
齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施研究
齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施研究摘要：齿轮零件在前期加工期间若是遭受到热处理变形作用，将会导致其获取的精度遭受到严重的影响，一旦出现变形即使是使用校直及磨齿等先进的修形技术也难以达到恢复的效果。
尤其是齿轮在遭受到渗碳淬火之后会出现变形情况，具有较大的变形量，该种变形无法通过控制来实现，并且变形过大，也会增加磨削成本及磨削量，对齿轮制造精度会造成极大的影响，承载能力显著降低，寿命也会随之而下降。
本文着重分析齿轮渗碳淬火变形原因，并提出合理化的变形控制措施。
关键词：齿轮渗碳淬火；变形原因；控制措施前言：在制造硬齿面汽车齿轮期间，目前所使用的主流工艺是渗碳淬火，但是在使用之后不得不面对的问题便是出现变形情况，会对齿轮的加工质量造成极大的影响。
有相关的研究报告显示，之所以会导致碳淬火齿轮出现变形，与锻造质量、原材料质量、齿轮的结构设计、毛坯预备热处理有直接关系，并且以上几种因素之间彼此也会出现相互影响的情况，进而增加了上述因素的控制难度。
现如今，在汽车齿轮制造中控制变形量已经成为一项需要解决的重难点问题。
一、齿轮渗碳淬火变形原因（一）渗碳件变形原因渗碳低碳钢，经过对原始相结构进行分析可知，由少量珠光体组织及铁素体共同来构成，经过对整个体积的占比情况进行了解可知，铁素体量的占比高达80%，当加温到AC1以上温度之后，珠光体会向奥氏体进行转变。
当温度为900℃时，铁素体会向奥氏体进行转变。
当渗碳的温度为920℃-940℃时，零件表面的奥氏体区碳浓度的升高度为0.6%-1.2%，碳浓度比较高的奥氏体区碳浓度会增加至0.6%-1.2%，当奥氏体的温度冷却到600-650℃时，会向索氏体及珠光体进行转变[1]。
当低碳奥氏体处于心部区时，若是在900℃的高温下会将其转变为铁素体，当冷却到550℃时，会全部转变完成。
比容增大的过程是心部奥氏体向铁素体进行转变的过程，而通过对表层奥氏体冷却情况进行探究可知，可将热缩量增加变化的整个过程呈现出来，在冷却期间，在生成心部铁素体时，会遭受到表层高碳奥氏体区的压力影响[2]。
齿轮热处理变形的影响因素及控制措施
2019年9月下王荣景，王建勇，王荣智（第一拖拉机股份有限公司中小轮拖装配厂，河南 洛阳 471003）摘 要：齿轮通常要经过渗碳、碳氮共渗或氮化工艺处理。
渗碳齿轮的热处理变形会对齿轮的精度、噪声以及使用寿命产生影响，即使经过渗碳热处理，再经过磨齿这一道工序出现变形，还是会对齿轮的精度等级产生影响。
渗碳热处理变形的影响因素比较多，只有对各方面的因素进行掌握，才能把变形几率降到最低。
文章针对齿轮热处理变形的影响因素进行了说明，并提出了相关的控制措施，供参考。
关键词：齿轮；热处理；变形；因素中图分类号：TG162 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）18-0066-01——————————————作者简介： 王荣景（1982—）,男，河南禹州人，本科，工程师，研究方向：热处理工艺。
1 齿轮热处理变形的影响因素1.1 齿轮的原材料选择对齿轮原材料的成分、淬透性以及偏析情况进行了研究，研究表明：1）对材料的性能进行控制，在进行熔炼和铸锭时就必须确保材料具备均匀一致性。
轧前铸锭的对称凝固必须特别重视，这是热处理之后发生齿轮椭圆变形的主要原因。
2）合金成分以及材料的淬透性影响齿轮的热处理变化。
很多人认为钢的淬透性越高其收缩性也就越大，同时其可重复性也就越好，进而能避免因齿轮热处理之后内孔出现胀大的现象。
但是也有人认为材料本身的淬透性增加，会减小齿向的变化，淬后的不圆度也明显变大。
1.2 齿轮的设计和制造齿轮本身的几何形状以及进行热处理之前的内应力分布状态，都会对齿轮的热处理变形产生影响。
热处理之后的变形是与齿轮的几何设计是否合适之间有密切关系，最佳设计必须对热处理之后的变形进行充分考虑。
在齿轮加工中精切前的除应力处理是能有效减小热处理变形的关键手段，但是当前因为经济原因却往往达不到要求。
1.3 淬火处理产生的影响齿轮工件即使是经过热处理这一道工艺，还是可能会出现热处理变形的情况，但是淬火冷却这一环节却是对齿轮变形产生影响的重要因素。
控制大型渗碳淬火齿轮热处理变形的一种方法
控制大型渗碳淬火齿轮热处理变形的一种方法近年来，大型渗碳淬火齿轮在工程设备上的应用日趋广泛，它具有较高的强度、刚性和耐磨性，在不同的加工环节中应用于各种行业机械产品中。
大型渗碳淬火齿轮热处理过程一般使用热拉伸或高温回火处理，以改善材料性能和耐磨性，为加工行业提供更多的技术支持。
然而，在大型渗碳淬火齿轮热处理过程中，变形的情况普遍存在，由于变形量的大小受多重因素的影响，把控变形量变得不容易。
为了把控大型渗碳淬火齿轮热处理变形，我们提出了一种控制变形的新方法和新技术，旨在解决变形量过大的问题。
首先，我们采用了一种新型的淬火温度控制系统，以确保淬火过程温度更加准确稳定。
其次，采用新型的冷却方式，将冷却速度加快，减少齿轮在冷却过程中产生的变形。
此外，我们还在热处理过程中添加了不锈钢支撑结构，以改善齿轮的支撑和稳定性，避免因变形而产生损坏。
最后，我们采用精密测量仪，以精确控制变形量，确保材料变形在一定范围内。
经过多次试验，我们发现，采用上述新方法和新技术可以有效控制大型渗碳淬火齿轮热处理过程中产生的变形量，满足工业生产需求。
根据试验结果，采用精密测量仪精准调节温度，提升冷却效率，添加支撑结构等操作的效果最好，几乎能够完全抑制变形，并能够达到良好的冷却效果，达到良好的工作性能。
综上所述，新方法和新技术在大型渗碳淬火齿轮热处理变形控制中效果明显，可以有效抑制变形量，实现更好的热处理效果。
本研究结果可以为变形控制问题带来新的解决方案，为工业生产提供更多技
术支持。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施汇报人：日期:•渗碳齿轮热处理简介•渗碳齿轮热处理常见缺陷•缺陷产生原因分析目•预防措施与建议•结论与展望录渗碳齿轮热处理简介01CATALOGUE渗碳齿轮热处理定义•渗碳齿轮热处理是一种通过向齿轮表面渗入碳元素，然后进行淬火和回火的热处理工艺。
目的是提高齿轮表面的硬度和耐磨性，以满足齿轮传动系统的高强度和高耐久度要求。
5. 后处理清洗、检查、包装等。
4. 回火处理将淬火后的齿轮加热至一定温度，然后缓慢冷却，消除内部应力，提高韧性。
3. 淬火处理将渗碳后的齿轮迅速冷却，提高硬度。
1. 预处理齿轮清洗、除油，确保表面干净。
2. 渗碳处理在一定温度下，将齿轮置于含碳气氛中，使碳元素渗入齿轮表面。
提高齿轮表面硬度：通过渗碳热处理，齿轮表面硬度可大幅提高，从而提高其耐磨性和抗疲劳性能。
延长使用寿命：经过渗碳热处理的齿轮，在承受高负荷和冲击时，不易磨损和断裂，从而延长了齿轮的使用寿命。
请注意，这里只提供了关于渗碳齿轮热处理的简介部分。
如果需要关于其常见缺陷及预防措施的内容，请进一步指明，我会继续为您扩展相应部分。
优化组织结构：通过淬火和回火处理，可以改善齿轮钢的组织结构，使其更加致密，进一步提高其力学性能。
渗碳齿轮热处理常见缺陷02CATALOGUE渗碳过程中温度、时间控制不当，碳浓度不足，导致硬度不达标。
原因影响预防措施硬度不足将降低齿轮的耐磨性和抗疲劳性能，缩短使用寿命。
严格控制渗碳温度、时间和碳浓度，确保渗碳层深度和硬度符合要求。
030201硬度不足淬火过程中温度变化过快，导致内应力过大，产生裂纹。
原因淬火裂纹严重影响齿轮的强度和韧性，增加齿轮断裂风险。
影响优化淬火工艺，控制淬火温度和冷却速度，降低内应力；采用适当的淬火介质，保证齿轮均匀冷却。
预防措施淬火裂纹影响热处理变形会影响齿轮的传动精度和啮合性能，降低齿轮传动效率。
原因热处理过程中温度分布不均，导致齿轮各部分热胀冷缩程度不同，产生变形。
渗碳齿轮热处理的变形控制
作者：魏启武渗碳齿轮的热处理变形热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然要降低齿轮的精度等级。
影响渗碳热处理变形的因素较多，只有控制各方面的因素才能将变形控制到较小程度。
控制齿轮变形也必须在制造齿轮的全过程中设法去解决。
(1)齿轮材料冶金因素对变形的影响试验表明，钢的淬透性越高．变形越大。
当心部硬度高于40HRC时，变形会明显增大。
因此，对钢的淬透性带有一定的要求，淬透性带越窄．则变形越稳定，要钢厂提供“低、稳变形”钢材。
A1／N含量比控制在1～2.5范围内，可使淬进性带变窄、减小变形(日本三菱钢铁株式会设)。
另外，材料的方框偏析及带状组织影响齿轮花键孔的不均匀变形及渗碳不均匀。
(2)预备热处理对齿轮变形的影响正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。
(3)渗碳工艺对变形的影响温度的均匀性．碳层的均匀性，冷却介质温度的均匀件都影响齿轮变形，同时渗碳温度越高，渗碳层越厚．油温低、齿轮变形大。
所以要改进设备，优化工艺，提高齿轮热处理质量。
(4)淬火对变形的影响淬火冷却行为是影响齿轮变形最重要的因素，热油淬火比冷油淬火变形小，般控制在100℃±120℃．油的冷却能力对变形也是至关重要的。
搅拌方式和烈度均影响变形，上淬火压床淬火的盘状齿轮，按各种齿轮的变形情况．调整冲火压床参数减小变形，调整内、外压模及胀心块的压力及各段喷油量的大小及上作台面来控制变形。
(5)装夹方式及夹具目的使工件加热冷却均匀，工件各部分渗碳层均匀，以减少热应力不均，组织应力不均，来减小变形，可改变装夹方式，盘类零件与油面垂直，轴类零件立装，使用补偿垫圈，支承垫圈，叠加垫圈等，花键孔零件可用渗碳心轴等。
(6)机械加工方面配合：第一．掌握热处理变形规律、移动公差带位置，提高产品合格率；第二，根据变形规律、施用反变形、收缩端预胀孔，提高淬火后变形合格率，第三，对非对称或厚度不均匀零件采用预留加工量的方法．热处理后再加工。
齿轮渗碳淬火变形原因及其控制
齿轮及齿圈渗碳淬火变形原因及其控制的措施1 引言齿轮渗碳淬火的变形直接关系到齿轮质量指标。
对于渗碳淬火的齿轮，特别是大型齿轮，其变形量很大，且难以控制。
较大的变形不仅会使磨齿加工的磨量增加，成本提高，而且影响齿轮制造精度，降低承载能力，最终寿命也会大大下降。
齿轮渗碳淬火热处理变形主要是由于工件在机加工时产生的残余应力，热处理过程中产生的热应力和组织应力以及工件自重变形等共同作用而产生的。
影响齿轮渗碳淬火变形的因素很多，包括齿轮的几何形状、原材料及冶金质量、锻造和机加工的残余应力、装料方式和热处理工艺及设备等诸方面。
掌握变形规律，减少齿轮渗碳淬火变形，能够提高齿轮的承载能力和使用寿命，对缩短制造周期，降低生产成本也都具有重要意义。
2 齿轮渗碳淬火变形规律对齿轮质量和寿命影响最大的变形来自齿轮外径、公法线长度和螺旋角等。
一般说来，变形趋势如下： 2.1 齿轮变形规律：齿轮渗碳淬火后齿顶圆外径呈明显胀大趋势，且上下不均匀呈锥形；径长比越大，外径胀大量越大。
碳浓度失控偏高时，齿轮外径呈收缩趋势。
2.2 齿轮轴变形规律：齿顶圆外径呈明显收缩趋势，但一根齿轴的齿宽方向上，中间呈缩小，两端略有胀大。
2.3 齿圈变形规律：大型齿圈经渗碳淬火后，其外径均胀大，齿宽大小不同时，齿宽方向呈锥形或腰鼓形。
3 渗碳淬火变形原因3.1 渗碳件变形的实质渗碳的低碳钢，原始相结构是由铁素体和少量珠光体组成，铁素体量约占整个体积的80%。
当加热至AC1以上温度时，珠光体转变为奥氏体，900℃铁素体全部转变为奥氏体。
910—930℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.75—1.2%，这部分碳浓度高的奥氏体冷至Ar1以下才开始向珠光体、索氏体转变，而心部区的低碳奥氏体在900℃即开始分解为铁素体，冷至550℃左右全部转变完成。
心部奥氏体向铁素体转变是比容增大的过程，表层奥氏体冷却时是热收缩量增加的变化过程。
在整个冷却过程中，心部铁素体生成时总是受着表层高碳奥氏体区的压应力。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施共25页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
保持热处理过程中温度和冷却速度的稳定性、加强齿轮结构 设计等。
02
预防措施
选用高质量渗碳剂
确保渗碳剂质量
选用由正规厂家生产、质量稳定的渗 碳剂，避免因渗碳剂质量问题导致热 处理缺陷。
查验成分含量
避免混用不同牌号渗碳剂
不同牌号的渗碳剂成分和性能有所差 异，避免混用以免影响热处理效果。
对渗碳剂的成分含量进行严格检验， 确保其符合工艺要求。
渗碳剂的选用和调整
选用
根据齿轮的材质和热处理需求，选择合适的渗碳剂。
调整
根据实际操作情况，对渗碳剂的成分和比例进行适当调整，以确保齿轮能够获得理想的 渗碳效果。
渗碳过程的控制
温度控制
保持渗碳炉内的温度稳定 ，以避免齿轮在渗碳过程 中出现不均匀的温度分布 。
时间控制
渗碳过程应控制在适当的 温度和时间下进行，以确 保齿轮能够充分吸收碳元 素。
淬火过程的控制
温度控制
保持淬火炉内的温度稳定，以避 免齿轮在淬火过程中出现不均匀 的温度分布。
时间控制
淬火过程应控制在适当的温度和 时间下进行，以确保齿轮能够获 得理想的硬度和耐磨性。
冷却控制
淬火后的冷却过程也需严格控制 ，以避免齿轮出现裂纹或其他淬 火缺陷。
04
渗碳齿轮热处理质量检测方法
渗碳层深度检测
预防措施
提高渗碳温度、延长渗碳时间、优化 炉内气氛等。
渗碳层碳浓度不均匀
原因
渗碳层碳浓度不均匀可能是由于渗碳过程中温度波动大、炉内气氛不稳定、渗碳剂分布不均匀等原因引起的。
预防措施
保持渗碳过程中温度稳定、优化炉内气氛、均匀分布渗碳剂等。
齿轮表面粗糙
原因
齿轮表面粗糙可能是由于渗碳后表面残渣未清理干净、热处理过程中氧化脱碳严重等原因引起的。
大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制
大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制现代机械制造及其零件加工中，大型齿轮是关键零部件，它们不仅起着传动作用，还起着支承、动平衡的作用，对机械的正常运行至关重要。
当齿轮经过渗碳淬火处理后，由于未能避免变形，有时会使齿轮运行精度降低，因而影响机械的整体性能。
如何控制大型齿轮渗碳淬火变形，成为设计和制造车间使用者关注的问题。
一般来说，大型齿轮渗碳淬火变形的原因主要有以下几点：1、齿轮原料性能不合格。
在齿轮渗碳淬火处理中，齿轮原料的强度和弹性模量影响着钢中组织析出、表面热处理结构成型等问题，直接影响渗碳淬火变形问题，如果原料特性不合格，将影响渗碳淬火变形程度。
2、齿轮渗碳淬火参数设定不当。
齿轮的渗碳淬火参数的正确设定是控制变形的关键，如果参数设定不当，将会导致齿轮变形严重。
3、齿轮加工误差。
齿轮渗碳淬火变形原因中，加工误差也是一个很重要的原因，加工误差造成的不良尺寸结果会影响热处理时的构件变形，导致变形严重。
4、渗碳淬火装置的不良质量。
渗碳淬火装置的质量有很大的影响，质量不合格的设备会导致渗碳淬火变形偏大，因此，在实际应用时，必须考虑装置的质量问题，保证渗碳淬火变形可控。
为了控制大型齿轮渗碳淬火变形，应该采取以下措施：1、对齿轮原料进行优质挑选，保证其质量达标，以确保齿轮渗碳淬火变形可控。
2、正确设定齿轮渗碳淬火参数，不断优化工艺参数，以满足精度要求。
3、将加工精度提高到一定程度，保证齿轮尺寸精度，并将影响变形的因素考虑进去。
4、购买正规的渗碳淬火设备，定期维护保养，保证设备质量达标，以此达到控制渗碳淬火变形的目的。
总之，要控制大型齿轮渗碳淬火变形，必须正确认识变形原因，采取有效措施，合理设定工艺参数，加上优质的原料以及良好的设备，才能使齿轮渗碳淬火变形可控，从而提高齿轮运行精度，保证机械的正常运行。
渗碳齿轮的热处理畸变及其控制技术
１ 渗碳淬火齿轮畸变规律
收稿日期：２００７—１１－０６ 作者简介：孙铭炎（１９３９－），男，江苏常州人，教授级高工，常州市机电工程学会热处理专业委员会主任，常州
市热处理行业协会会长，长期从事热处理工艺及技改工作。联系电话：１３０９２５９１９８７
轮热处理畸变较小；反之，形状复杂、不对称、外径 材料因素，能直观地标定材料的热处理畸变倾向，因
大、厚薄相差大的齿轮热处理畸变就较大。
此是一个值得推荐应用的考核指标。
２．２齿轮材料
２．３齿坯锻造及预备热处理
原材料是影响齿轮热处理畸变的一个重要因 ２．３．１锻造
素。齿轮用钢有三个表征特性：（１）淬透性；（２）纯
《热处理》 ２００８年第２３卷第３期
·２５·
轮热处理畸变涉及到从设计到制造工艺的整个过 齿轮热处理畸变的主要因素，现将各种影响因素列 程。根据渗碳淬火齿轮典型的工艺流程可确定影响 于表ｌ。
表１ 影响渗碳淬火齿轮畸变的因素 Ｔａｂｌｅ １ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅａｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｒｂｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
出，随着齿轮齿宽与外径积的增大，齿厚的变化量趋 于增大，数据也趋于分散，其分散程度至少为 ０．０５ ｍｍ。由此看来，将渗碳淬火齿轮齿厚公差定
此外，大齿轮渗碳淬火后还出现以下几种常见 在０．０５ ＩＴｌｍ以下是比较危险的。
的畸变：
（１）锥度畸变齿轮渗碳淬火后，顶圆呈锥度
０．２０
涨缩，如图２中虚线所示。这种情况主要是齿轮淬
目前国内对渗碳淬火齿轮的畸变及控制问题主 要集中在小模数的汽车齿轮领域，并且着重于研究某 一局部，缺乏系统性，所提出的畸变控制也缺乏系统 性，往往不能取得良好的效果。而在中、大模数的机 车、矿山齿轮等领域，还未见有关于渗碳淬火齿轮热 处理畸变及控制方面的研究报道，齿轮的热处理畸变 大，得不到有效控制，比较典型的例子是齿轮经渗碳 淬火后的端面跳动畸变在１ ｔｏｎｉ以上屡见不鲜。
渗碳淬火齿轮畸变的原因你知道吗？
渗碳淬火齿轮畸变的原因你知道吗？渗碳淬火齿轮的应用较为广泛，但齿轮在渗碳淬火中产生畸变也是一种普遍现象。
引起齿轮热处理畸变的原因是多方面的，如材质、齿轮几何形状、冷热加工工艺等。
针对这些原因，并结合生产实践，提出了减小渗碳淬火齿轮畸变的一些措施。
对于不可避免畸变的齿轮，可通过预留机加工余量的方法来补偿齿轮的畸变。
现代工业的发展对齿轮传动精度的要求越来越高，既要求承载能力高，使用寿命长，安全可靠，同时还要求体积小、重量轻，传动平稳、噪声低，这在近年来蓬勃发展的风能发电机齿轮箱上得到了体现。
而能达到以上各项要求的只有渗碳淬火并磨齿的齿轮。
然而，渗碳淬火畸变却一直是我国齿轮生产中需要攻克的一道难关。
渗碳淬火畸变不仅影响齿轮的精度，而且还对齿轮强度产生影响。
通常，为了保持齿根的残余应力，渗碳淬火齿轮只磨削有效齿面而不磨削齿根的过渡曲线部分。
但由于热处理产生不均匀畸变，一部分轮齿磨削后在有效齿面与齿根过渡曲线部分之间形成了“磨削台阶”。
磨削台阶一方面使轮齿渐开线工作长度缩短、重叠系数下降、啮合冲击增大，影响传动质量(振动、噪声 )，另一方面由于台阶处圆角很小，应力集中可能十分严重，而且砂轮边缘在磨削时产生的高温可能使“台阶”处硬度降低、强度下降，所以带“台阶”的齿轮在服役过程中往往会在台阶处首先产生疲劳裂纹，再逐渐扩展而造成轮齿折断。
因此，减小渗碳淬火畸变形就成为当今齿轮热处理生产中亟待解决的技术难题。
1、热处理应力与畸变工件在加热和冷却时，一方面由于其内外不可避免地存在一定的温差而引起比体积差，同时表面和心部的不同时相变也会造成比体积差，这是产生热处理应力的根本原因。
由于工件内外温差所产生的内应力谓之热应力，由工件内外组织转变不同时而产生的内应力谓之组织应力。
而工件热处理后的残余应力则是热应力和组织应力综合作用迭加的结果。
由热处理所造成的畸变一般可分为如下三种类型：体积变化、形状对称变化和扭曲。
体积变化是指形状不变，通常只是各部分的尺寸发生同样伸缩的情况。
齿轮渗碳淬火热处理变形原因与改进技术
齿轮渗碳淬火热处理变形改进技术
4
改进结构设计：在满足功能要求的前提下，尽可能减小齿轮的结构突变，以减小淬火时温度不均导致 的变形。此外，可以在设计中考虑预留一定的加工余量，以抵消部分热处理变形
5
采用先进的热处理设备和技术：采用先进的热处理设备和工艺，如真空热处理、盐浴热处理等，可以 更精确地控制热处理过程，从而减小变形
6
进行热处理后的校直和修正：在热处理完成后，对齿轮进行校直和修正，可以有效地减小变形对齿轮 精度的影响。此方法适用于对精度要求较高的齿轮
7
加强过程监控和控制：通过加强热处理过程中的温度、速度等参数的监控和控制，确保整个热处理过 程按照预设的工艺曲线进行，从而减小变形
火过程中出现变形
齿轮的结构设计也会 影响其热处理变形。 例如，如果齿轮的厚 度和截面变化过大， 会导致淬火时温度不
均，从而产生变形
齿轮渗碳淬火热处理变形改 进技术
齿轮渗碳淬火热处理变形改进技术
针对以上问题，可以采取以下措施来改进齿轮渗碳淬火热处理变形 优化材料选择Байду номын сангаас选择成分均匀、质量优良的材料，以确保在热处理过程中变形稳定
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要源于以下几个方面
齿轮渗碳淬火热处理变形原因
材料因素
热处理工艺
淬火介质
结构设计
材料的质量和成分会 对热处理过程产生影 响。如果材料中含有 杂质或合金元素不均 匀，会导致淬火时变
渗碳钢齿轮热处理变形及预防
渗碳钢齿轮热处理变形及预防陈 振摘要 根据对影响中、小模数渗碳钢齿轮热处理变形因素的分析及生产实践,提出预防齿轮热处理变形的方法。
关键词:齿轮 热处理 变形 控制中图分类号:T G157 文献标识码:B 文章编号:1671 3133(2003)05 0059 02本文以汽车、摩托车行业常见的中、小模数渗碳钢齿轮(模数1.5~ 2.75,齿数12~40)的热处理变形及预防加以分析研究。
一、影响热处理变形的主要因素及其控制1.钢材淬透性汽车、摩托车行业齿轮用钢一般采用低碳合金钢,如20CrMo、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等,这些材料淬透性好,热处理后可使齿轮有较好的强度和寿命,但过高的淬透性会使齿轮淬火时有较大的变形。
生产实践中,孔的收缩量可达0.08mm,齿向变化量可达0.02 mm。
中、小模数齿轮一般均能淬透,材料淬透性应控制在较小范围内,应根据产品结构和热处理生产条件通过试验确定其对淬透性的要求。
据文献[1]指出, 20CrM o钢中、小模数齿轮,钢材的淬透性能J9(距淬火端距离9mm)控制在H RC30~36范围内,能获得满意的热处理变形要求,国内生产厂家应尽量使用控制淬透性的H钢。
2.材料成分稳定性根据对国产材料成分统计分析,材料成分,特别是C和Cr的变动范围较大,从批量生产的结果来看,对热处理变形的稳定性有较大影响,应控制(缩小)原材料成分变化范围。
从德国Audi轿车变速器齿轮所用材料成分中可以发现,一是C、Cr等成份变化范围小,二是严格控制了Ni、M o、Si的含量(见表1)。
表1 Audi轿车齿轮材料材料C Si M n P S Cr Al Ni Mo4216F4220F4125F4128F0.14~0.190.17~0.220.23~0.280.25~0.300.120.120.120.121.00~1.401.00~1.150.60~0.800.60~0.80<0.035<0.035<0.035<0.0350.02~0.0350.02~0.0350.02~0.0350.02~0.0350.80~ 1.201.00~ 1.300.80~ 1.000.80~ 1.000.020~0.0550.020~0.0550.020~0.0550.020~0.0550.150.15 批量生产的某齿轮所用国产材料主要成分统计见表2。
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作者通讯地址：湖北汽车工业学院机械工程系（ 十堰 442002） 东风汽车悬架弹簧公司（ 十堰 442046）
电话：（0719）8200251 收稿日期：20030118
现代制造工程 2003（5 ）
59
工艺与工艺装备
60
表 4 剃齿状态下热后变形量统计
孔径 齿数 模数 螺旋角（ º）
（ mm）
29 2
32
22. 8
壁厚差 （ mm）
5
孔缩小量 （ mm） 0. 03 ～ 0. 07
螺旋角减 小量（ º）
0. 02
12 2. 5
0
16
0
0. 02
0
30 2. 25 25
32. 8
1
0. 02
0. 015
二、热处理变形对齿轮精度的影响及预防
1. 对齿形的影响及预防 20CrMo、20Cr 等钢种经渗碳或碳氮共渗后，常出 现“ 塌顶”现象，即齿顶部的齿厚变薄而齿根部的齿厚 变厚（ 压力角增大）。此时应对热处理前的齿形反变 形修形，修磨剃齿刀，使齿轮齿顶渐凸，即减小压力角。 如某 m = 2. 25，z = 30，β = 24º齿轮，热处理前（ 剃后）使 齿顶渐凸 0. 003 ～ 0. 005mm，热处理后齿形达到要求。 2. 对齿向的影响及预防 根据实践经验，一般中、小模数汽车齿轮热处理后 齿向有朝螺旋角减小方向变形的趋势。剃齿时根据具 体情况（ 齿宽及热处理条件），齿向予以加大。如某 m = 2，z = 26，β = 32 º 齿轮，热处理前齿向加大0 . 004 ～ 0. 01mm（ 螺旋角加大 0º1' ～ 0º3'），热处理后齿向达到 预先要求。 3. 对孔的影响及预防 一般渗碳（ 或碳氮共渗）后齿轮孔均缩小，但基本 上不影响后序加工。对于花键孔，孔不仅缩小，且有一 定的椭圆度，这将影响齿轮精度。应选择合适的预热 处理，并尽量减少机械加工时的内应力，还可在热处理 后用推刀（ 挤刀）光整内花键，予以修整。这对后续为 磨齿的齿轮尤其重要。 另外，热处理后齿轮的公法线尺寸略有胀大，在热 处理前的加工中应予以减小尺寸，减小量视齿轮的齿 数、模数等，在实践中予以确定。热处理时装料方式对 变形亦有影响，应根据产品结构确定装夹（ 压）方式， 保证最小和稳定的热处理变形量。对于盘形齿轮，要 保证齿部不能受到非均匀性的压力，受压面应平整；轴 类齿轮采用竖排，支承面应选择热处理变形对性能影 响不大的非齿部位，挂具、料框应平整，要保证炉内气 体和淬火介质能合理流动，同时，在热处理设备一定的 情况下，应确定能稳定变形量的热处理工艺。
直接影响加工精度。同时由于刀具磨损变钝，切削力
变大，增加了表面残余应力。这些因素都促使热处理
变形增大，一般正火硬度变化范围控制在 HB20 内较
好。
齿坯的正火组织状态也影响热处理变形。较平衡
状态的组织变形小；组织不均匀，如带状组织超过规定
等级时，齿轮会产生明显的变形；魏氏组织不仅影响齿
轮的疲劳强度，还会影响热处理变形，均应在制坯前予
以控制、消除。
4. 冷加工工艺
不同的切齿工艺引起的齿面残余应力也不同，因
而影响热处理的变形也不同。插齿齿面残余应力小且
均匀，沿齿宽和齿高方向的应力差值也小，热处理后的
变形量小；滚齿齿面残余应力波动较大，热处理后变形
较大；剃齿齿面残余应力较大，同时正、反面上应力差
大，用钝剃齿刀加工的齿面上的残余应力明显提高，热
处理后对齿形齿向影响较大。表 3 为 m = 3 某齿轮在
不同加工工艺下表面残余应力与热后变形量。
表 3 不同加工工艺对齿轮残余应力及变形量影响
齿宽方向应力 齿高方向应力
齿向误差变化
齿形误差变化
加工 （N/ mm2）
（N/ mm2）
（ mm）
（ mm）
工艺
最 波动范围 最大 波动范围 热前 热后 变化量 热前 热后 变化量
剃齿 - 422. 77 96. 63 - 409. 35 260. 09 0. 014 0. 020 0. 006 0. 011 0. 024 0. 013
5. 齿轮参数及结构 在一定的材料及热处理条件下，齿数较少，模数较 小，螺旋角较大，非对称性齿轮孔壁厚差异较大时，则 变形较明显，设计时应在满足强度、结构等方面的同时 予以综合考虑。几种不同参数和壁厚差齿轮剃齿状态 下的热后变形量统计见表 4。
一、影响热处理变形的主要因素及其控制
1. 钢材淬透性 汽车、摩托车行业齿轮用钢一般采用低碳合金钢， 如 20CrMo、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo 等，这些材料淬 透性好，热处理后可使齿轮有较好的强度和寿命，但过 高的淬透性会使齿轮淬火时有较大的变形。生产实践 中，孔的收缩量可达0 . 08 mm，齿向变化量可达0 . 02 mm。中、小模数齿轮一般均能淬透，材料淬透性应控 制在较小范围内，应根据产品结构和热处理生产条件 通过试验确 定 其 对 淬 透 性 的 要 求。据 文 献［ 1 ］指 出， 20CrMo 钢中、小模数齿轮，钢材的淬透性能 J（9 距淬 火端距离 9mm）控制在 HRC30 ～ 36 范围内，能获得满 意的热处理变形要求，国内生产厂家应尽量使用控制 淬透性的 H 钢。
表 1 Audi 轿车齿轮材料
材料 C
Si
Mn
P
S
Cr
Al
Ni Mo
4216F 0. 14 ～ 0. 19 ≤0. 12 1. 00 ～ 1. 40 < 0. 035 0. 02 ～ 0. 035 0. 80 ～ 1. 20 0. 020 ～ 0. 055 — — 4220F 0. 17 ～ 0. 22 ≤0. 12 1. 00 ～ 1. 15 < 0. 035 0. 02 ～ 0. 035 1. 00 ～ 1. 30 0. 020 ～ 0. 055 — — 4125F 0. 23 ～ 0. 28 ≤0. 12 0. 60 ～ 0. 80 < 0. 035 0. 02 ～ 0. 035 0. 80 ～ 1. 00 0. 020 ～ 0. 055 — — 4128F 0. 25 ～ 0. 30 ≤0. 12 0. 60 ～ 0. 80 < 0. 035 0. 02 ～ 0. 035 0. 80 ～ 1. 00 0. 020 ～ 0. 055 0. 15 0. 15
表 2 国产齿轮材料
成分 C
Si
Mn
Cr
Mo
范 围 0. 18 ～ 0. 24 0. 20 ～ 0. 31 0. 46 ～ 0. 55 0. 80 ～ 1. 00 0. 16 ～ 0. 23
平均值 0. 218
0. 274
0. 506
0. 932
0. 188
均方差 0. 0477 0. 0901 0. 0832 0. 1633 0. 0623
工艺与工艺装备
渗碳钢齿轮热处理变形及预防
□陈 振
摘要 根据对影响中、小模数渗碳钢齿轮热处理变形因素的分析及生产实践，提出预防齿轮热处理变形的方法。 关键词：齿轮 热处理 变形 控制 中图分类号：TG157 文献标识码：B 文章编号：1671—3133（2003）05—0059—02
本文以汽车、摩托车行业常见的中、小模数渗碳钢 齿轮（ 模数 1. 5 ～ 2. 75，齿数 12 ～ 40）的热处理变形及 预防加以分析研究。
3. 毛坯硬度和组织状态
锻造毛坯须经正火处理，正火后的硬度一般规定
为 HB169 ～ 217，实际生产中还会超过上述范围。硬度
过低，表面粗糙度差，加工过程中塑性变形明显增大，
由于冷作硬化带来较大的表面残余应力，热处理时会
发生较大的变形。正火硬度偏高，表面粗糙度好，但正
火状态下不平衡组织数量增多且促使刀具磨损加快，
2. 材料成分稳定性 根据对国产材料成分统计分析，材料成分，特别是 C 和 Cr 的变动范围较大，从批量生产的结果来看，对 热处理变形的稳定性有较大影响，应控制（ 缩小）原材 料成分变化范围。 从德国 Audi 轿车变速器齿轮所用材料成分中可 以发现，一是 C、Cr 等成份变化范围小，二是严格控制 了 Ni、Mo、Si 的含量（ 见表 1）。
批量生产的某齿轮所用国产材料主要成分统计见 表 2。材料成分虽然符合标准要求，但散布较大；Ni、 Mo、Si 含量均高于 Audi 标准。另外，对材料淬透性和 交货组织状态未作具体规定。这是应该改进之处。
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采用 PC 控制，行程开关采用接近开关。根据动 作时序设计电器原理，编制控制程序。
四、结束语
中心定位及垂直入油的实现使悬架弹簧的热处理 质量得以改善，在实际应用中还可以通过程序变化，实 现中心定位与端部定位的自由转换。
参考文献
1 章宏甲. 液压传动. 北京：机械工业出版社，1996 2 官中范. 液压传动系统. 北京：机械工业出版社，1989
中心定位后退至下夹死点位置，与松夹缸动作无任何 干涉，一个工作循环完结，中心定位位置复原至 C 点。
5. 垂直入油的实现 当淬火机待机状态结束，热钢板已准确定位成形 完毕后，电磁换向阀 8DT、9DT 均不通电，阀芯处于中 位，由于 Y 形中位机能使摆动缸两腔卸荷，淬火机在 自重作用下自然下垂，进入前述“ 入油准备状态”。 6. 防火处理 在设计液压回路时考虑淬火机故障状态（ 即断电 后）依靠换向阀中位机能作用，使得升降缸下降，摇摆 缸靠自重下垂，避免火灾事故发生。 7. 抗液压干扰处理 在液压原理图中，中心定位用液压锁，升降控制用 单向阀。前者是为了防止回路内泄而生成定位不准； 后者是因为升降缸是最大的缸，用单向阀可以避免其 无杆腔油液瞬间回流现象发生造成误动作。 8. 对电控的要求