几种齿圈的热处理畸变控制方法

ＴＹ３ ２ ０ 、Ｔ Ｙ２ ２ ０ 及 Ｄ６ ５ 等 变速 箱 中Ｊ Ｔ Ｏ Ｏ １ 齿 圈 ，外齿 直径 ３ １ ８ ． １ ｍｍ ， 内 齿 直 径 ２ ５ １ ． ７ Ｉ ｎ ｍ，
单 键槽 一去毛刺喷砂处理一清洗入库 。改进效果 ： 高频 感应淬火后 齿圈的径向圆跳动均在公差要求的
８ １ ０ ± Ｉ Ｃ
— 、 ４ ０ ０ ／
ａ
Ｄ
空 冷 ／ ／ ｌ 甲 醇 保 护 ＼ ＜ 淬 火
Ｃ ｄ ｅ
ｂ
｜
／ 厂
时 问／ ｈ
一
图４ 大型齿 圈渗碳矫 正淬 火工艺 曲线
争蔼
…
热
１ ０ １
Ｄ ｉ ｃ ｓ 叭 ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ 畸 变 控 制
３ ． ９ ０ ￣ ０． ７ ５ ￣ ５ ８ ６ ２ ３ Ｏ —４ ５ ≥１ １ ０ ０ ≥８ ０ ０ ≥８ ≥３ ５ ≥６ ０ ５． １ Ｏ Ｏ． ９ ５
氏体为２ 级 ，碳化物 为ｌ 级 ，心部铁素体为２ 级 ；力
学 性 能 达 到 技 术 要 求 ；齿 圈 畸 变 检 验 ， 内 孔 圆度 ０ ． ９ ０ ｍｍ，齿 顶直 径 变 化 量 为３ ． １ — ４ ． Ｏ ｍｍ，公 法 线变 动 量 在０ ． ２ ￣ ０ ． ６ ｍ ｍ，均达 到 技 术要 求 。
范围内。
宽度 为５ １ ． ５ ｍｍ。材 料 为４ ２ Ｃ ｒ Ｍｏ 钢 ，调 质硬 度
２ ６ ２ 一 一 ３ ０ ２ Ｈ Ｂ ｗ ；渗 氮 处理 后 △ 要 求 ≤０ ． １ ０ ｍｍ。 （ １ ） 原 热 处 理 工 艺 及 畸 变 情 况 毛 坯
正 火 （８ ８ ０℃ Ｘ ３ ｈ） ＋粗 车 后 调 质 （ 盐 浴
齿圈畸变降低了一个等级 ，但仍偶有畸变超差的情
况 。其 渗 碳工 艺 见 图４ 。
渗 碳 矫 正 淬火 工艺 及 齿 圈淬 火冷 却 采 用 模具 矫 正 法 。 齿 圈渗 碳 矫 正 淬 火 工 艺 曲线 见 图４ 。 实 行模
赠
８ ５ ｏ ／ ６ ５ ０／
＼８ ３ ０ ＋ Ｉ Ｏ ＼
图３ 齿圈热处理夹具示意
１ ． 尚圈 ２ ． ｆ ： 箍板 ３ ． 下盖 板
度 ，前期增加 阶梯升温的阶段数 。改进后增加 了在
４ ０ ０ ｏ Ｃ￣ Ｈ ８ ５ ｏ ℃ 等 温 ，适 当 降 低 淬 火 温 度 。 经检 验
（ ３ ）检验 结 果 齿 圈表 面 硬度 、心部 硬 度 及有 效 硬 化 层 深 度 均 达 到 技 术 要 求 ；齿 圈表 面 碳 浓 度 为０ ． ７ ６ ％ （ 质量 分 数 ） ，采 用 分 段 球 化 退 火后 碳化 物 颗 粒 尺 寸达 ０ ． ５“ｍ；金 相 组 织 马 氏 体 、残 留奥
图２ ２ ０ Ｃ ｒ Ｎ ｉ ２ Ｍｏ Ａ ￣齿轮球化退火 工艺
（ １ ）原加 工 路线 、工 艺 及齿 圈畸 变 问题
原加
工路 线 ：锻坯 粗 车 一 钻 削 一插 齿 一渗 碳 淬 火 一 喷 丸
新 工 艺路 线 ：锻 造 一 一 ＋ 正火＋ 高 温 回火 一粗 车 一
处理 一精 车 一磨 齿 一 成 品 。 原渗 碳 工艺 路 线 ：预热 ６ ５ ０ ℃ ×１ ｈ 一渗 碳 （ ９ ３ ０ ±１ ０ ）ｏ Ｃ× ５ ０ ｈ 一 降温 ， 出炉 前保温 ８ ３ ０ ￣ Ｃ× ２ ｈ 一 出炉 空冷 一高温 回火６ ８ ０ ￣ Ｃ Ｘ ４ ｈ 一
齿 圈 的 圆度 、上 下 锥 度 等均 满 足要 求 。
３ ． 采用 热处理 新工艺及 新工装 控制 大型齿 圈
热 处理畸变
矿 用 轧 机 减 速 器 齿 圈 ， 外 形 尺 寸 为
（ ２ ）工 艺要 点 严 格控 制 调 质时 的淬 火 温 度 ， 如 果温 度太 低 ，则 不能 很 好 地 起 到减 少 涨 大 畸变 的
制在 ８ １ ０ １ １ ３ Ｉ Ｔ Ｉ 。 经 过 渗 碳 降 温 空 冷 ， 然 后 进 行
（ ８ ２ ０ ±１ ０ ） ℃ Baidu Nhomakorabea 温 后 ，淬 人 １ ７ ０ ℃的 硝 盐 浴 中 冷
却 ，再 经 ２ １ ０ ℃ 两 次 回火 ，其 齿 顶 圆直 径 仅 比渗 碳
图 １从动齿 圈示意
淬火 前 涨 大 ２ ａｍ ｒ 左 右 ，满 足 了预 期 的涨 大 量 ，并 且
１ ０ ０
进 参露
热 加 工
Ｄ ｌ 畸 变 控 制
表１ 修改后齿圈的技术要求
有效硬 齿面 心部 渗碳 层 热处理后心部 力学性能 化 层深 硬度 硬度 表面 碳浓度 ｂ 仃ｓ ５ Ｋ ／ ， ｍｍ ＨＲ Ｃ ＨＲ Ｃ （ ％） ／ ＭＰ ａ ／ ＭＰ ａ （ ％） ｆ ％１ Ｊ ． ｃ ｍ。
２ ０ Ｃｒ Ｍｎ Ｔ ｉ ＠ ￣，热 处 理要 求 ：碳 氮共 渗 ０ ． ６ —１ ． ０ ｍｍ，
齿 面 与心 部 硬 度 分 别 为５ ８ － ６ ４ ＨＲＣ ￣３ ５ ￣ ４ ８ Ｈ ＲＣ，
螺 纹 孔 与 单链 槽 位 置 度公 差 为０ ． ０ ５ ｍｍ。
装 炉 前用 防渗 涂 料堵 塞 １ ０ 个Ｍ８ 螺 纹 孔 ，经 ８ ５ ０ ￣ ８ ６ ０ ℃碳 氮 共 渗 后 ，直 接 淬 火 、 回火 。检 验 后 发现 ，螺 纹 ＠ Ｌ Ｓ ｗ 单 键 槽 的 位 置 度超 差 ，防渗 涂 料 不 易 脱落 。其 改进 工 艺 及效 果 如 下 ： （ １ ）改 进 工 艺
ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｌ 畸 变 控 制
几种齿圈的热处理畸变控制方法
哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司 （ 黑龙 江 １ ５ ０ ０ ８ ８ ） 金荣植
由于 齿 圈直 径 与 齿 圈宽 度 （ 或 称 高 度 ）尺 寸 相 差 悬 殊 ，在热 处 理过 程 中 ，经 常 出现 内孔 圆度 、端 面 平 面 度 及锥 度 畸 变超 差 问题 。齿 圈 的加 工 工序 复 杂 ，畸 变 合格 率 低 ，加 工余 量 大 ，废次 品 率 高 ，成
淬火加 热 （ ８ ２ ０ ±１ ０ ）℃ ×２ ． ５ ｈ 一硝盐 等温 淬火
（ １ ６ ０ ±１ ０ ）ｏ Ｃ一低 温 回火 （ ２ １ ０ ±２ ０ ）℃ Ｘ １ ０ ｈ 一出 炉空 冷 。 齿 圈 清 洗后 涂 刷 防 渗 涂 料 ，每 炉 ５ 件 ，渗 碳 气 氛 采 用 甲醇＋ 异 丙 醇 富 化 气 。 经 检验 ，其 他项 均符 合 技术 要 求 ，但 齿 圈畸 变 较大 。 （ ２ ）改进 工 艺 在齿 圈插 齿前 粗加 工后 进 行高 温 正 火 。 为 减 少 残 余 应 力 及 热 应 力 ， 降低 渗 碳 温
一
本高 ，而且产 品精度低 ，噪声大 ，严重影响其使用
寿 命 。为 此 ，本 文 总结 了冷 加 工 与 热加 工 配 合 ，优 化 工 艺 ，改进 装 夹 （ 炉 ）方式 ，以 及采 用 先 进 热处
理 工 艺 与 装备 等 措施 。
一 －
制 齿 成 形 一碳 氮 共 渗 后 缓 冷
具 矫 正 淬火 ，将 模具 和 齿 圈一 起冷 却 ，使 齿 圉在 冷 种冷 却 速 度 的不 均 匀性 造 成 齿 圈径 向 圆跳 动超 差 。
却过程中通过模具得到 强制矫正 ，在随后的长时 间
回火 处理 过 程 ，消 除 了淬 火 冷 却时 产 生 的 应 力 ，稳
定 了齿 圈尺 寸 ，防止 了畸 变 的反 弹 。
标 准 ，晶粒度 不大 于６ 级 。热 处理 后畸 变要 求 ： 锥度 ≤１ ． ３ ５ ｍｍ， 圆度 ≤ １ ． ３ ５ ｍｍ，公 法 线 变 动 量
时ｌ 翊／ ＿ ｍｉ ｎ
Ｄ
时 间／ ｈ
Ｏ
（ ａ ） 二 段等 温球 化 退 火
（ ｂ ） 一 段 等 温球 化退 火
≤０ ． ７ ｏ ，齿 顶 圆缩 小 量 ≤１ ． ５ ％ ｏ 。
无 损 探伤 一调 质 一精 车 、铣 齿 一渗 碳 一球 化 退 火 一 淬 火 、 回火 一抛 丸清 理 一精 车 内孔 及两 平 面 一 磨 内 孔 及两 平 面 磨 齿 一 插键 槽 一 无损 探伤 一产 品 。 工装 设 计 ：设计 上 下 压 盖 板 ，控 制 齿 圈畸 变 ， 具 体 见 图３ 。
（ ２ ）改进 工艺 流程 及效果 改进工艺流程 ：
锻 造 一粗 车 一调 质 一精 车外 圆 、 内孔 一 滚 齿 、去 毛 刺 一剃 齿 、去毛 刺 一清 洗 一 齿部 高 频 感 应 淬火 一精 车 两端 面 空 刀一 钻孔 、锪 孔 角 － － － ， ￣＃ Ｌ 、攻 螺纹 一拉
５ ． 通过 调整热处理工 艺减 小齿 圈畸变
作 用 ；反之 ，温 度 太高 ，则 渗 碳淬 火 后 的 齿 顶 圆 尺 寸 可 能产 生 收 缩 ，因此 需 要进 行 试 验 。
１ ６ ３ １ ｍｍ× １ ３ ６ ４ ｍｍ× ３ ０ ０ ａ ｒ ｍ，单件 质量 １ ４ ３ ４ ｋ ｇ ，
法 向模数２ ０ ｍＩ １ ３ ，齿数７ ８ ，材料为２ ０ Ｃ ｒ Ｎｉ ２ ＭＯＡ
钢 ，要 求 渗 碳淬 火 。
２ ． 改进热 处理工 艺减小 三轮车从 动齿 圈热处
理畸变
三轮 车变速 器从 动齿 围 （ 见 图 １） ， 材 料
（ １ ）修 改 后齿 圈技 术要 求
修 改 后 齿 圈 的
技 术 要 求 见 表 １；渗 碳 前 调 质 处 理 ，调 质 硬 度
２ ｌ ７ — ２ ５ ５ Ｈ Ｂ Ｗ ；有 效 硬化 层深 ３ ． ９ ０ ￣ ５ ． １ ０ ａｍ。 ｒ
・
、
改进与优化热处理工艺
一
车 （ 削 ）渗 层 、拉 （ 削 ）键 槽 、 钻 孔 、攻 螺 纹 ８ ５ ０ ￣ ８ ６ ０ ℃淬 火 一低 温 回 火 一加 盖 （ 保 护 螺 纹
１ ． 采取预处理工艺减小大型渗碳齿 圈畸变
大 型 齿 圈 ２１ ８ ０ ｍｍ × １ ７ ５ ０ ｍ１ ＂ １ ３×５ ５ ０ ｍｍ， 材料 １ ７ Ｃ ｒ Ｎｉ Ｍｏ ６ 钢 ，热 处 理 畸 变 要 求 严 格 。但 经
４ ． 改进热处 理工 艺并采取 模具矫 正方法控 制
（ ２ ）新工艺
将 锻后 正火 改为正 火＋ 高温回
大型超 薄齿 圈渗碳 淬火畸变
大 型 传 动 齿 轮 箱 超 薄 内 齿 圈 ， 外 形 尺 寸 １ １ ２ ０ ｍ ｍ× ９ ４ ４ ｍｍ Ｘ ２ ６ ０ ａｍ，材 料 １ ｒ ７ Ｃ ｒ Ｎ ｉ Ｍｏ ６ 钢 ，重 量 ５ ５ ０ ｋ ｇ ，热 处 理 技 术 要 求 ：渗 碳 淬 火 有 效硬化 层深２ ． ４ ０ ￣ ２ ． ９ ０ ｍｍ ，齿 面 与 心 部 硬 度 分 别
孔 ）抛 丸 处 理 一磨 （ 削 ）辐 板 一 检查 。
（ ２ ）改 进效 果 经 检验 ，从 动 齿 囤热 处 理 畸 变 合 格率 达 ９ ５ ％以 上。
过 渗 碳 淬 火 后 ，通 常 齿 顶 涨 大 量 ４ ￣ ５ ｍｍ，有 时 达 ６ ￣ ７ ｍ ｍ。对 此 ，采 用 以 下控 制 措施 。 （ １ ）预 处 理 工 艺 制 订 采 用 调 质 工 艺 ， 即 ８ ６ ０ ℃加热淬火 （ 比最终淬火 温度高２ ０ ￣ ３ ０ ℃） ， 并 经６ ５ ０ ℃ 高 温 回 火 。 将 其 内 孔 直 径 涨 大 量 控
火 。渗 碳 后 增加 球 化 退 火 工序 ，保证 渗 层 碳 化物 颗 粒尺寸≤ｌ ｍ。其 球 化 退 火 工艺 见 图２ 。 图２ ａ 与图 ２ ｂ Ｘ ． 艺 所 得结 果 基 本 相 同 。
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为５ ８ ￣ ６ ２ ＨＲＣ和 ３ ０ ￣ ３ ８ ＨＲＣ，金 相 组 织 符 合 企 业