大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制
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原因与改进技术摘要】齿轮是常见的机械零部件，其啮合传动力学在汽车、轮船等机械产品中广泛应用。
齿轮的重要作用不言而喻，但在齿轮的具体使用当中会存在齿轮失效的现象，此种现象的出现大部分是由于齿轮长期使用后磨损、折断所导致的。
齿轮的生产主要以渗碳淬火热处理的加工方式进行批量生产，但此种生产方式容易导致齿轮变形，不利于齿轮的批量成产与成本投入。
为保障齿轮的生产质量文章对齿轮渗碳淬火热处理技术进行分析，找寻齿轮变形原因并提出相关的改进措施，以供行业参考。
【关键词】渗碳淬火热处理齿轮渗碳淬火是当下齿轮生产中的重要工艺流程，渗碳淬火能够使齿轮的耐磨性能更加稳定。
渗碳淬火属于热处理技术，其具体工作开展分为多种形式，但渗碳淬火过程较为复杂，导致齿轮在淬火后容易发生变形。
齿轮变形属于齿轮制作过程中的常见问题，极大的影响了齿轮的使用质量，齿轮在机械中应用广泛，如何提高齿轮质量，改进工作技术成为当下技术研究的重点。
一、齿轮及渗碳淬火热处理工艺分析1.1齿轮结构从大部分的齿轮结构来讲，齿轮的整体结构呈现对称性，其制作材料主要包含调质钢、渗碳钢、合金钢等多种材料，制作完成的齿轮中间多为空心、内外径较大、齿轮壁较薄，渗碳淬火需要进行高温加热，以此齿轮容易发生变形现象。
1.2渗碳淬火热处理工艺齿轮的渗碳淬火热处理工艺较为复杂，包含直接淬火低温回火、预冷直接淬火低温回火、一次加热淬火低温回火、渗碳后感应加热淬火低温回火等多种工艺。
以20CrMnTi齿轮为例，首先要将齿轮要放置在炉温为920℃的渗碳淬火炉中进行长达3小时的渗碳处理，其次将渗碳炉的温度调至860℃，在保持50分钟的恒温状态后进行淬火出炉。
最后，使用淬火液处理，进行2小时的低温回火，在低温回火的过程中回火炉的温度应当保持在160℃。
在进行渗碳淬火热处理时，要注意四只齿轮在全过程当中要保持平放状态。
1.3齿轮渗碳淬火热处理后导致变形的因素在齿轮进行渗碳淬火热处理前后分别对齿轮的直径、公法线进行测量，发现在经过热工艺处理后，齿轮的内外直径与公法线均发生了变化。
风电齿轮渗碳淬火变形分析与改善
零件号 H1 H2 H3 H4
图10 H3零件左右齿面变形
图11 炉和热处理工艺对齿轮变形的影响
渗碳装炉 平装4块蜂窝板 平装8块蜂窝板
淬火装炉 挂放无阻尼工装 挂放有阻尼工装
挂放有阻尼工装
渗碳淬火工艺 原工艺 改进工艺
改进工艺
椭圆/mm 0.18 0.14 0.14 0.15
4）将左右齿面的磨齿对中数据进行平均，如图 6所示，发现零件节圆存在明显的椭圆，椭圆趋势呈 梨状分布，椭圆量约0.18mm。
根据对H1零件磨齿对中数据的分析，暂无法判 定零件齿向变形是由端面翘曲或齿部畸变造成的。 零件的椭圆趋势呈梨状分布，虽无法确定具体位置 是否与挂装有关，但根据单点挂装的情况推测，梨 柄位置（148号齿附近）应是与工装接触的位置， 此处凸起最大；左右齿面变形量最大位置无显著规 律，但在椭圆的梨状尾部附近（即挂装下部）变形 趋势最大。
要求 实测
2.9~3.9 3.39、3.46
58~64 60.26、59.62
≥30 38
ISO 6336：5 MQ级 细针状
弥散
细针状
≤30 15
无块状铁素体 ≤0.05 无块状铁素体 0.025
4.4 优化验证 在序列号为H3和H4的零件生产时，同时采用图
8的渗碳工艺、渗碳时底部蜂窝板满铺的平放装炉方 式（见图9），在挂装淬火装炉时，在底盘上增加网 孔阻尼工装，零件渗碳淬火后，变形得到大幅度改
图8 H2零件渗碳后轴向圆跳动
图9 改善后的渗碳装炉 4.3 淬火装炉改善
综上所述，齿轮下部约1/4位置冷速较快是齿轮
热加工
63 2021年 第3期
热处理
Heat Treatment
变形的影响因素之一[6]，故对淬火的装炉形式进行 调整。
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。
浅析渗碳淬火齿轮的变形与控制
分 的均匀 性不是 很好 ，淬火后 应力 不 均 ，变 形无 规 艺 ，是 减小 与 防止 零 件热 处理变形 的有效 措施 。正 律 。现 国 内 一 般 要 求 将 淬 透 性 带 宽 控 制 在 ≤ 火 的质 量要 求 ，主要 是针 对硬度 与组 织 。普通 正火 ｌ ＨＲ ｌ Ｃ，国外 高标 准要 求 为 ３ Ｃ 国 内钢材 质量 工艺 ，有些 难 以克服 的不 足 ，如带 状 组织 和混 晶组 ＨＲ 。 近年来 虽 提高很 快 ，但 在 “ 三性 ” 的控 制方 面与 国 织难 以消 除 ；受设 备炉 温 均匀性 和生 产方式 、装 护 外先进 水平 差距 还 较大 ，成 分 的波 动 范 围 也较 宽 ， 方式 、能耗 等的 限制 ，工件 的硬度 也很 难均 匀 ；对 对渗 碳淬 火变形 的控制 难度 自然更 大 ，因此提 高齿 于某些 材料 ，由于冷却 速度 难以控 制 ，正火后 还会
脆性 断裂 。
可见 优化锻 造工艺 ，对改 善材料 的组织 、减小
４ 正 火 工 艺 的 影 响 与 控 制 ．
淬 火后 不仅变 形更 大 ，而且 在使 用过 程 中容易产 生 渗碳 淬火 后变形 十分重要 。 淬透 性带 的宽 度越 窄越好 。带宽太 大 ，说 明成 正 火是 渗 碳 之 前 的 一 种 常 规 的 预 先 热 处 理 工
控 制 在 ≤ ２ ０级 。 ， ２ 零 件 设 计 的 影 响 与 控 ｛ ． 目 Ｉ
为 了减 少 变 形 ，零 件 设计 时 应尽 量避 免 尖 角 、 薄 壁 、台阶 等结 构 。对 零 件 中那 些 不 可 缺少 的孔 、
均匀性 包 括 成 分 、组 织 和 缺 陷分 布的 均 匀性 。 槽 、筋等要 素 ，则应 力求 分布 对称 与均匀 。在 截面
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]。
影响齿轮热处理变形的几个重要因素
儿、Ｊ 续｝ ｆ ｆ 施
对 于 内 孔 磨 削 过 程 监 审 中 发
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造 参磊
…
Ｆ Ｉ 失 效 分 析
艺 ， 产 品 采 州 串放 ，产 的 轴 向 跳 动较 好 ，渗碳 温 度 降 低 ，渗
业 。齿 轮 在 进 行 渗 碳 热 处 理 的过 程 中 ，常 遇 到 齿 轮 渗 碳淬 火 后平
产 品 结 构 示 意 ， 图２ 是 试 制 时 的 热 处 理 工 艺 ， 图３ 是 改 进 的 热 处
理 工 艺 。可 以 看 出 试 制 的 热 处 理
面扭 曲变形大 ，造成齿轮报废 ；
Ｆ ： Ｉ 失 效 分 析
影响齿轮热处理变形的几个重要因素
一 陈正 国 。郝 丰林
我 公 司 是 一 家 专 业 生 产 汽 车
及 热 处 理 项 目进 行 检 测 ；合 格 后 按照一炉 （ 或 者 一 盘 ）热 处 理 ， 检 测 变 形 ；合 格 后 连 续 生 产 几炉 （ 或 几盘 ） ，热 处 理 合 格 、变 形 合 格 ，这 样 热 处 理 工 艺 就 可 固定
碳时 Ｉ ＇ Ｈ 】 增加 ，减 少热 处理 变形 。 这样 改 进 后 的 热处 理 ： ［艺 生 产
了５ 年 多 ， 产 品 的 寿 命 周 期 就 要
于轴 向 圆跳 动 进 行 严 格 控 制 。后 来 有一 个 月 出现 的 量 较 大 ，检 查 从箱 体 拆 下 来 的 齿 轮 进 行 检 测 齿 形齿 向 ，发现 齿形 齿 向 不符 合 图
到 了 ，客 户 反 馈 变速 器有 噪 声 ，
大型齿轮齿轮轴渗碳淬火的变形及控制
和分析 , 影响齿轮质量和寿命最大的是外径 、公法线 长度和斜齿轮螺旋角的变形 , 变形之间又是相互关
联的 。 1.1 大型齿轮的变形规律
(1)渗碳 淬火后 , 外径 (齿顶圆外径 )呈明显膨 胀趋势 , 且上下不均匀 , 呈锥形 。 如果因碳浓度失控 而偏高 , 淬火后有 大量残余奥氏 体 , 外径 呈收缩趋 势 , 这种现象较少 。
图 2 大型齿轮轴渗碳淬火后的变形 虚线为淬火后齿部外圆示意
Fig.2 Thedstortionofthelargegearshaftaftercarburizingandquenching Brokenlineisthesketchofexcircleofgearbodyafterquenching
Fig.3 Thedistortionandpredistortionofthehelical angleofthelargeherringbonegearshaft
Brokenlineisthedistortionsketchofexcircle ofgearandhelicalangleafterquenching
引起组织不均匀和应力不均匀 。 (2)选择合适的淬火剂 , 控制油温 (>100 ℃),
改善齿轮上中下部位冷却的均匀性 , 使组织转 变趋于同步 。可以在齿轮轴中段喷油加速冷却等措 施 , 也可在齿轮上下端面加热圈改善端面和中段的 冷速不均匀 , 可以收到明显的效果 。
4 结束语 经过近几年的生产实践与 理论分析 , 我们已初
步掌握了大型齿轮 、齿轮轴渗碳淬火的变形规律和 控制措施 , 并把这些控制措施应用于实际生产中 , 取 得了很好的效果 。 由于受到设备能力的限制 , 热处 理工艺的执行情况和实际操作等多方面的影响 , 以 及型齿轮和齿轮轴渗碳淬火后的变形比较复杂 , 仍 有待于进一步的探索与研究 。
玉力机大齿轮渗碳淬火裂纹成因及预防
金相分析可以根据工件表面 的组织确 定中频感应加热是否过热 ， 是否有二次淬火烧伤 ， 在适 当的位 置可以观察到裂纹
的形态 以及裂纹附近的夹杂物分布情况 ， 根据裂纹附近的金相组织 、 夹杂物分布状况和裂纹形态来确定 裂纹 的性质。
磨削裂纹在显微镜下观察 ， 主要表现为穿 晶而过 ， 也有沿着晶界延 展的。如果由于磨 削过 于剧烈 引起表面裂纹 ， 但 则可
感应淬火 ，５ ￣油淬 ，７ ￣回火。经过渗碳处理 的齿轮在磨削过程 中常产生裂纹 ， ８０Ｃ １０Ｃ 裂纹深 度Ｏ０ — ． ｍ， ．３ ０５ 尾部呈尖角状 ， ａ ｒ 延 伸方 向大致与磨削线速度方 向垂直 ， 而且排列较规则。
２ 裂纹产 生原 因
２１ 裂 纹类 型 判 断 ．
产生裂纹的原因有热处理不 当引起 的裂纹 和磨 削工艺不当引起 的磨 削裂纹 ， 只有判 断出裂纹 产生的原 因， 才能采取 针
的马氏体集 中于表面 ， 引起表面体积胀 ， 成表面拉力 ， 形 引起裂 纹。
２２ 磨 削 热 应 力 ．２ ．
磨 削过 程是切削 、 刻划 、 摩擦抛 光三个过程综合作用 的结果 。磨削加工 中 ， 磨粒形状不 规则 ， 多为负前角切削 ， 挤压 和摩 擦严重 ， 伴随砂轮高速转动摩擦 所产生的高热 ， 工件表面温度在 ８０ ０ ℃以上 ， 磨削热 向内部传递 时受 到冷却液作用急剧冷却 ， 外层趋于收缩 ， 内层 因热传导而体积膨胀 ， 导致外 层产生巨大拉力 。当表面应力大 于材料抗拉极 限时， 产生裂纹 。
２ １ 年 ０ 月 ００ ３
内 蒙 古 民 族 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｅ ｎ ｏｉ ｉｅｓｔ ｒ ｔ ｎ ｌ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｒ ｏＩ Ｍｏ ｇ ｌ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｉ ａｉ ｅ ａ ｙ ｏ Ｎａ ｏ ｔ
齿轮渗碳淬火工艺培训讲义(1)
齿轮渗碳淬火工艺培训讲义一、齿轮受力状态及失效形式：1、受力状态：齿面摩擦力、齿面接触应力和齿根弯曲应力。
2、失效形式：齿面剥落：表面网状碳化物和渗碳过渡区拉应力是造成齿面剥落的原因。
麻点：齿面金属的塑性变形和齿面的摩擦力导到齿面产生疲劳裂纹，润滑油挤入加速裂纹扩展，由此而产生麻点。
断裂：表现为断齿或断轴，原因为齿轮基体强度不夠。
二、齿轮渗碳淬火通用技术要求：1、对原材料的要求要：根据不同使用要求对材料疏松、成份偏析、非金属夹物、带状组织、原始晶粒度和材料淬透性等均有不同级别要求。
2、对预备热处理组织状态和热处理硬度的要求：包括组织状态、基体硬度、晶粒度等。
3、对最终热处理质量的要求：包括渗碳淬火表面硬度、渗碳层深度和渗层金相组织、工件基体组织及硬度、强度等。
三、齿轮渗碳淬火工艺规程：1、渗碳淬火齿轮(低速重载和高速齿轮) 选材：2、渗碳齿轮工艺流程：锻造---正火---机加工---渗碳淬火---精加工---强力喷丸。
3、齿轮渗碳淬火技术要求：4、正火热处理：5、齿轮渗碳工艺：渗碳淬火工艺曲线温度时间6、使用设备： 可控气氛多用炉。
7、装炉工装及装料方式：详见附图。
（1）使用工装：工装料架应为抗渗碳、抗热疲劳、高温具有高强度的高Ni-Cr 含量材质的工装。
工装结构视工件大小、结构特征而定。
工装的结构应保证工件加热、冷却均匀，有利于减小工件淬火变形。
（2）、装料方式：一般齿轮类工件垂直挂装，套类齿轮多层碼放。
工件间应留有一定间隙，以保证不同工件和相同工件不同部位加热和冷却均匀。
滚动件均匀、薄层应平摊于料筛底部，采用多层料筛叠放装料的形式较好。
8、淬火介质及淬火冷却方式：（1）、淬火介质采用德润宝或好富顿淬火油较好。
因为这类淬火油蒸气膜持续时间短，蒸气薄且厚度均匀，奥氏体不稳定区冷速较高，有利于避免其产生非马转变；马氏体转变温度下的冷却速度较慢，有利于减小工件淬火应力和淬火变形。
（2）、淬火介质的搅拌强度和循环方向：选择强力向下搅拌为宜，但最终应根据工件淬火效果确定。
试论20CrMnTi齿轮渗碳淬火变形的影响因素与处理技术措施
试论20CrMnTi齿轮渗碳淬火变形的影响因素与处理技术措施作者：张江学李虎来源：《城市建设理论研究》2012年第01期摘要:本文通过对齿轮渗碳淬火后的变形情况做点研究, 并找出了影响20CrMnTi齿轮渗碳淬火变形的因素, 最后提出齿轮渗碳淬火变形的处理技术措施。
关键词:汽车齿轮；热处理；变形因素；处理措施0前言对于热处理变形的产生,至今尚没有用来分析和解决实际工件热处理变形的系统而实用的方法。
因此,一方面,应加强理论研究,正确地模拟齿轮的热处理变形过程,分析各种因素的影响机理,为解决变形问题提供理论依据。
另一方面,各厂应根据自己的实际情况,有针对性地摸索出各种因素对齿轮变形的影响规律,有效地减少齿轮的热处理变形。
所选择的加工工艺哪些是影响齿轮热处理的重要指标,如何将这些指标纳入控制系统,这是一个系统工程。
我们研究的特点就是将热处理变形问题与生产的各个环节相联系,期望通过研究,建立起对生产过程系统变形控制的方法,全方位解决热处理变形问题。
1实验材料及方案本次实验使用20CrMnTi钢,化学成分如表1。
表120CrMnTi钢化学成分(质量分数%)钢号 C Si Mn Cr Ti20CrMnTi 0.20 0.18 1.0 1.1 0.08这种钢是国内使用最普遍的渗碳钢,油淬临界直径为10～30mm,经渗碳热处理后具有耐磨的表面与强韧的心部,并具有较高的低温冲击韧度。
钢在加热时过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后可以降温直接淬火,淬火变形小。
此钢可与20MnVB等钢互相替代。
试验设备为气体渗碳炉、回火炉、数控车床等。
2渗碳工艺的确定2.1渗碳过程渗碳是机械制造工业中应用最广泛的一种表面热处理工艺,是将钢制工件放在含碳介质中加热到高温,以增加工件表层含碳量的化学热处理工艺。
渗碳过程中包括分解、吸收和扩散三个基本过程。
2.2渗碳温度渗碳温度对渗碳过程及结果有如下几方面的影响:①影响渗碳速度,提高温度可显著加速扩散过程,加速渗碳速度,缩短渗碳时间;②影响渗碳层的碳浓度,表层含碳量并非越高越好,一般控制在0.8%～1.1%之间比较理想;③温度过高,容易引起钢的晶粒长大,降低韧性,零件翘曲变形的可能性增加;④如果采用渗碳后直接淬火工艺,渗碳温度的升高容易导致渗层中残余奥氏体量增加及渗碳温度冷到淬火温度的时间相应延长;综合考虑了以上各种影响后,多数选择900～950℃渗碳,以920～930℃用得最多(表2)。
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2 大型齿轮渗碳淬火变形规律对大型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 大型齿轮变形规律：大型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（齿轮外径/齿宽）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 大型齿轮轴变形规律：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 渗碳淬火齿轮变形原因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。
920—940℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.6—1.2%，这部分碳浓度高的奥氏体冷至600—650℃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。
此外，大型齿轮由于模数大、渗层深，渗碳时间较长，由于自重影响，也会增加变形。
3.2 大型齿轮渗碳淬火变形的原因工件淬火时，淬火应力越大，相变越不均匀，比容差越大，则淬火变形越严重。
淬火变形还与钢的屈服强度有关，塑性变形抗力越大，其变形程度就越小。
从齿轮和齿轮轴渗碳淬火冷却各部位冷却速度、组织及硬度状态比较分析，可以发现上中下各部位冷却速度的差别，以及表面、过渡区、心部冷却速度差别，和其组织转变的不同时性是造成齿轮变形的主要原因。
减小大型齿轮渗碳淬火变形也要通过提高各环节的均匀性来实现。
渗碳淬火变形分析
渗碳淬火变形分析本文探讨了在渗碳淬火过程中对淬火变形产生影响的各方面因素。
主要有装料方式、毛坯质量、淬火油选用、渗碳温度、淬火温度和升温速率。
通过对影响因素的讨论,进一步探索如何减小淬火变形。
最后对具体渗碳工艺进行举例。
1 淬火变形影响因素淬火变形主要是由于淬火过程中零件产生应力导致,影响变形因素较多。
通常认为,热处理后零件精度降低两级。
为了减小变形,通常的思路是减小在热处理过程中温度升降速度、适当降低热处理温度等,以减小零件热应力。
例如预热工序,主要目的就是减小升温时的温度梯度,使工件能够相对缓慢均匀地加热至渗碳温度。
在渗碳保温时,可以将温度适当降低(如930℃降至920℃)。
淬火过程中,可以使用慢速淬火油,分级淬火,降低搅拌速度等方式。
这些都有助于减小淬火变形,但是淬火变形并不仅限于在热处理工艺中进行改善。
淬火变形如果具有一定规律性,则可以在机加过程中做出适当调整,弥补淬火变形。
零件尺寸精度要求较高时,还可以通过磨齿来提高其精度。
当零件结构比较复杂时,容易使淬火变形规律不明显,这时解决变形问题难度就较大。
根据对淬火变形影响因素的分析,可以从不同方面采取不同手段对其进行控制。
1.1 装料方式平装零件平面度较差而串装零件椭圆度较差。
除零件的变形外,料盘长时间使用后也会发生变形,严重变形的料盘不能继续使用。
为提高料盘使用寿命,装载量选择应合适,并且每次使用时翻转料盘,改变其受力面。
选择装料方式时,应按照零件的技术要求和实际生产情况来进行。
1.2 毛坯质量毛坯的热处理质量和材料质量对于零件的最终热处理质量非常关键。
这一方面的问题也是在轴齿中心实习期间了解过程中反应最多的问题。
因为无论机加工质量、渗碳热处理工艺等都可以进行调整,且质量偏差不会太大。
但由于毛坯正火不合格、材料稳定性差等因素导致的产品质量问题,既无法预知也基本没有补救的方法。
1.3 淬火油选用淬火油在能够保证产品硬度的前提下,应尽量选择有助于减小淬火变形的淬火油。
齿轮渗碳淬火热处理变形的改进及优化研究
齿轮渗碳淬火热处理变形的改进及优化研究发布时间：2022-05-13T08:27:00.140Z 来源：《科技新时代》2022年3期作者：卢俊1 王广忠2[导读] 本文主要研究齿轮渗碳淬火热处理变形的改进及优化。
东华链条兴化有限公司江苏省泰州市 225700摘要：本文主要研究齿轮渗碳淬火热处理变形的改进及优化。
首先对齿轮结构及渗碳淬火热处理工艺分析，并分析导致齿轮渗碳淬火热处理变形的原因，重点分析总结齿轮渗碳淬火热处理工艺的改进措施，在此基础上分析工艺改进后齿轮变形情况，希望通过本文的研究能够更加全面的认识齿轮渗碳淬火热处理工艺，同时也为后期更好的对齿轮进行热处理提供参考。
关键词：齿轮；渗碳淬火；热处理变形1引言齿轮机械设计制造中最普遍的传动零件，在各种类型的机械结构中都有广泛的应用，而且承担着重要的角色。
在齿轮使用中需要承载较大的传动力，因此必须满足一定的品质要求，在加工制造齿轮的过程中，需要运用各种处理工艺提升齿轮的硬度强度等参数，其中渗碳淬火就是齿轮热处理的重要环节，齿轮经过渗碳淬火处理后其性能能够显著强化。
但是由于齿轮制造工艺复杂，热处理作业对于设备技术要求较高，在实际处理中容易出现齿轮变形问题，不利于提升齿轮的实际应用质量。
因此在现阶段加强对于渗碳淬火齿轮热处理变形问题的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的认识齿轮结构及渗碳淬火热处理工艺以及导致变形的原因，从而制定更加合理的优化工艺提升热处理效果，更好的保障齿轮质量。
2齿轮结构及渗碳淬火热处理工艺分析2.1 齿轮结构分析本文选择的研究对象是以20CrMnTiH材质加工制作的齿轮，这种材质制作的齿轮在加工制作过程中会体现出较高的淬透性，经过渗碳淬火等热处理工艺处理后能够显著提升齿轮的性能。
该齿轮的具体参数如下：模数、左旋度、公法线、圆直径和内径分别为1.191mm、25°、16.41mm、39.831mm、16.017mm。
特别是对于大型齿轮齿圈渗碳淬火外圆和内孔尺寸变形
齿轮/齿圈渗碳淬火后变形严重，特别是对于大型齿轮/齿圈，渗碳淬火外圆和内孔尺寸变形量一般都很大，而对于渗碳淬火后的齿轮外圆车削，一直没有合适的刀具，“华菱超硬”研制的用于强断续车削淬火钢的HLCBN刀具，对渗碳淬火齿轮外圆内孔及端面的变形进行车削修正找到了合适的断续切削加工刀具，并在CBN刀具断续切削加工领域取得世界性的突破。
齿轮齿圈渗碳淬火变形：齿轮渗碳淬火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。
特别是大型齿圈和齿轮，大型齿轮齿圈由于模数大、渗层深，渗碳时间较长，并受到自重影响，也会增加渗碳淬火后的变形量。
大型齿轮轴变形规律：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。
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。
齿轮齿圈渗碳淬火后车削加工：齿轮齿圈渗碳淬火变形可以在一定程度上加以控制和减小,但是不能够完全避免.对于渗碳淬火后的变形校正不再赘述，下面是浅谈渗碳淬火后车削加工及刀具的可行性。
渗碳淬火后车削加工外圆，内孔，端面：对于渗碳淬火齿圈齿轮的外圆和内孔变形量的修正，车削是最简单的办法，以前任何刀具包括国外CBN刀具都不能解决强断续切削淬火后齿轮外圆，华菱超硬受邀对此进行刀具研发，“间断切削加工淬硬钢一直是个难题，何况是动辄HRC60左右的淬硬钢，而且变形余量大，在高速车削淬硬钢时，如果工件有间断切削，刀具在间断切削淬硬钢时会以每分钟100次以上的冲击来完成加工，对刀具的抗冲击性能是个很大的挑战。
”中国刀协专家如是说。
华菱超硬经过长达一年之久的反复试验，推出强断续车削淬硬钢的CBN刀具牌号；并在渗碳淬火后的齿轮外圆进行车削实验。
齿轮/齿圈渗碳淬火后车削加工外圆试验大型齿轮（齿圈）渗碳淬火后变形严重，齿轮齿圈外圆变形量高达2mm，淬火后的硬度为HRC60-65，客户当时很难找到大直径磨床，而且加工余量大，磨削效率太低，最终对渗碳淬火齿轮进行外圆车削。
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
内花键齿轮热处理变形控制
１．渗碳工艺
齿轮渗碳淬火过程中，由于齿轮装炉方式不当、 渗碳温度过高以及齿轮渗碳组织中的碳化物分布不良 等原因引起的变形，在淬火过程中不但难以修复并有 增大的趋势。 因此，对带有内花键的齿轮，在传统渗碳工艺的
基础上，采取了如下改进措施：
（１）装炉方式传统的平装叠压方式，由于齿轮 接触面积较大，使炉内各工件温度的均匀性和渗碳气 氛的流动性降低。通过试验验证，将平装叠压改为悬 挂式装炉，保证了各工件温度的均匀性、渗碳气氛的 流动畅通，工件不叠加，从而使齿轮两端面渗层较均 匀，表面碳浓度一致性较好。 （２）渗碳温度热应力是由齿轮内外温度差异 造成的，温差越大，热应力也越大，齿轮变形也越严 重。因此，在选择齿轮渗碳温度时应遵循的原则是： 在保证合理的渗碳速度前提下，应尽可能采用较低的 渗碳温度。我公司该齿轮用钢选用ＳＡＥ８６２０Ｈ，渗碳温
及原始组织尤为重要。影响钢材纯净度的主要因素是 含氧量，真空脱气冶炼对净化钢材有明显的效果。我 公司钢材的冶炼方法选用电炉或转炉冶炼，并经真空 脱气处理，钢材以热轧缓冷状态交货，交货硬度以 ２００～２２０ＨＢＷ为最佳。
３．钢材的低倍组织
齿轮用钢的低倍组织中，横截面经过酸浸后， 其低倍组织试片上不能有目视可见的缩孔、气泡、裂 纹、夹杂、翻皮、白点以及残余枝晶等缺陷。具体的 酸浸低倍组织依据国标的规定：中心疏松、一般疏松 和锭型偏析三种类型的级别不应大于２级。
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内花键齿轮热处理变形控制
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火马氏体、残余奥氏体及不同的有效硬化层和硬度。 带状组织严重时，致使钢材切削性差，热变形波动 大。我公司钢材试样在正火后的带状组织规定≤２级。
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原因与改进技术张凤林【摘要】介绍了在齿轮制造过程中,经过渗碳淬火热处理后的齿轮性能更加突出,但是这种生产工艺也存在一定弊端,即齿轮在渗碳淬火热处理后极易发生形变,会降低齿轮质量.从齿轮结构和渗碳淬火热处理工艺两方面,科学地分析了齿轮渗碳淬火热处理技术.提出了齿轮渗碳淬火热处理工艺的改进措施,如改善齿轮的装炉方式、改变齿轮的摆放方向、对齿坯进行预热处理,以期提高齿轮的工业生产质量和效率.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2019(010)014【总页数】2页(P68-69)【关键词】齿轮;渗碳淬火热处理;变形原因;改进技术【作者】张凤林【作者单位】牡丹江石油工具有限责任公司,黑龙江牡丹江157013【正文语种】中文【中图分类】TG162.7渗碳淬火热处理工艺是齿轮加工制作过程中最重要的环节，经过渗碳淬火热处理后，齿轮的性能会更加突出。
但是，由于整个生产操作流程较为复杂，受某些生产技术的限制，齿轮变形的问题一直得不到有效解决，严重地影响了齿轮在现代化机械生产的正常运作。
针对齿轮渗碳淬火热处理变形问题进行了粗浅的探讨，并提出了相应的改进措施，以期为提高齿轮的制造质量提供一些有益的建议。
1 齿轮及渗碳淬火热处理工艺分析1.1 齿轮结构表1中的相关数据为齿轮的基本参数。
从基本参数中得知，齿轮的整体外部结构为对称结构，中间多为空心，内外径较大，齿轮壁较薄，因此，缺乏腹板支撑的齿轮在渗碳淬火热处理过程中极易发生变形。
表1 齿轮参数Tab.1 Gear parameters模数/m螺旋角/°齿顶圆直径/mm公法线/mm内径/mm1.191左旋25Φ38.722(0,-0.1)15.33(0,-0.05)Φ15(+0.018,0) 1.2 渗碳淬火热处理工艺齿轮的渗碳淬火热工序较为复杂。
将材质为20 CrMnTi的齿轮，按序通过15 m 长的渗碳淬火炉、8 m长的回火炉加以炼制的一个工艺流程：先将齿轮放置在炉温为920℃的渗透炉中，经过3 h的渗碳热处理(此时的温度偏差不得超过5℃)，再将渗碳入炉的温度降低至860℃，保持50 min的恒温状态后，实施淬火，将齿轮出炉。
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大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制
2 大型齿轮渗碳淬火变形规律
对大型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 大型齿轮变形规律：大型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（齿轮外径/齿宽）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 大型齿轮轴变形规律：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 渗碳淬火齿轮变形原因
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。
920—940℃渗碳时，零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.6—1.2%，这部分碳浓度高的奥氏体冷至600—650℃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。
此外，大型齿轮由于模数大、渗层深，渗碳时间较长，由于自重影响，也会增加变形。
3.2 大型齿轮渗碳淬火变形的原因
工件淬火时，淬火应力越大，相变越不均匀，比容差越大，则淬火变形越严重。
淬火变形还与钢的屈服强度有关，塑性变形抗力越大，其变形程度就越小。
从齿轮和齿轮轴渗碳淬火冷却各部位冷却速度、组织及硬度状态比较分析，可以发现上中下各部位冷却速度的差别，以及表面、过渡区、心部冷却速度差别，和其组织转变的不同时性是造成齿轮变形的主要原因。
减小大型齿轮渗碳淬火变形也要通过提高各环节的均匀性来实现。