变速箱齿轮热处理工艺设计

1. 齿轮热处理概述 (1)

2. 零件图 (2)

3. 零件的服役条件、性能要求及技术指标 (3)

4. 材料选择 (4)

4.1零件用途 (4)

4.2材料比较 (4)

4.3 材料化学成分及合金元素的作用 (5)

4.4 材料的相变点 (5)

5. 齿轮加工制作工艺 (6)

5.1传统的齿轮材料的工艺路线： (6)

5.2 淬火工艺设计 (6)

5.3 其他热处理工艺 (8)

6. 参考文献 (15)

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。

零件图

3. 零件的服役条件、性能要求及技术指标

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：⑴?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。

技术要求

齿表硬度：58～63 HRC

心部强度：33～45 HRC

屈服强度：〉850Mpa

齿根弯曲疲劳强度：〉1000Mpa

4. 材料选择

4.1零件用途

齿轮是汽车中的重要零件，变速箱齿轮为汽车发动机的重要部件，用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。

4.2材料比较

齿轮常用材料有20Cr ，20CrMnTi, 18Cr2Ni4W A

错误!未找到引用源。20Cr

有较高的强度及淬透性，但韧性较差。渗碳时有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，因而渗碳后进行二次淬火提高零件心部韧性；可切削性良好，但退火后较差；20Cr为珠光体，焊接性较好，焊后一般不需热处理。

错误!未找到引用源。20CrMnTi

20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性，切削加工性良好，加工变形小，抗疲劳性能好。

错误!未找到引用源。18Cr2Ni4W A

18Cr2Ni4WA属于高强度中合金渗碳钢。18Cr2Ni4WA钢常用于合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用,一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好的重要零件。

对于汽车来说，由于其使用条件复杂，采用调质钢不能保证要求，选用渗碳钢较为合适。20CrMnTi钢采用渗碳+淬火+低温回火，齿轮表面可以获得55~63HRC的高硬度，因淬透性较高，齿心部具有较高的强度和韧性。因而选用20CrMnTi钢。

4.3 材料化学成分及合金元素的作用

4.3.1 20CrMnTi钢的具体化学成分及含量

错误!未找到引用源。 C：C的含量决定了渗碳件心部的强度和韧性，从而影响零件的整体性能。一般渗碳钢都是低碳钢。

错误!未找到引用源。 Cr：有利于渗碳层增厚，提高钢的淬透性，提高回火稳定性，增加钢的耐磨性。

错误!未找到引用源。 Mn：提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，有利于渗碳层增厚，细化珠光体组织以改善机械性能。

错误!未找到引用源。 Ti：阻止奥氏体晶粒在高温渗碳时长大，细化晶粒，并且减小渗碳层厚度。

错误!未找到引用源。 Si：阻止碳化物形核长大，提高钢的淬透性，提高钢的抗回火稳定性，提高对钢的综合机械性能。

错误!未找到引用源。 S、P:都是钢中的杂质元素，S能明显降低钢的热塑性，但能改善钢的可切削性；P能降低钢的强度和韧性。

4.4 材料的相变点

20CrMnTi相变临界点

5. 齿轮加工制作工艺

5.1传统的齿轮材料的工艺路线：

下料→锻造→正火→齿形加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨切削加工

5.2 淬火工艺设计

为了使工件获得表硬内韧的性能要求，工件渗碳后必须进行适当的热处理，由于齿轮的材料是20CrMnTi钢，是本质细晶粒钢，特别是钢中含有的强碳化物形成元素Ti，强烈阻止奥氏体晶粒的长大，经过长时间渗碳后奥氏体晶粒并不明显长大，故可以用预冷直接淬火法。正常加热冷却情况下，工件加热到860℃后，保温一段时间，使之奥氏体化后用油冷却至室温，得到马氏体和残余奥氏体，具有较高的硬度。

温度：860℃

渗碳后的齿轮温度在930℃左右，此时可以将齿轮留在渗碳炉中冷却，即预冷，冷却到860℃时，保温一段时间，取出后立即放入油中，这样对齿轮淬火，操作比较简单，降低了成本，提高了生产效率，