齿轮齿圈渗碳淬火后变形严重
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。
大型齿轮渗碳淬火变形原因及控制
大型齿轮渗碳淬火变形原因及控制摘要: 本文主要从影响大型齿轮渗碳淬火变形的几个方面入手，分析其产生的原因，并采取相应措施，通过良好的设计及机加工与热处理工序间的相互配合，采用合理的工艺，从而使工件产生变形的应力减少，以减少热处理变形，提高工件的质量。
关键词大型齿轮变形控制渗碳淬火1 引言大型齿轮渗碳淬火的变形直接关系到齿轮强度、精度等质量指标。
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。
大型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 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。
减小齿轮热处理变形的两种方法
减小齿轮热处理变形的两种方法戚墅堰机车车辆厂 张秋英1 问题的提出多年来,戚墅堰机车车辆厂在280系列机车齿轮的生产中,一直被齿轮渗碳淬火变形大以致在后续的机加工中出现公法线超差等质量问题所困扰。
近来为此开展了一些质量攻关活动。
笔者主持了这项工作,分别从优化热处理工艺和设计工装夹具着手,所用方法有效地减小了齿轮的热处理变形,解决了生产过程中的一大难题。
2 优化工艺 控制变形我们知道,齿轮变形不仅影响到机加工后公法线尺寸超差,而且影响齿轮的传动精度,产生严重的噪音和异音。
因此,控制与稳定齿轮的变形显得十分重要。
从实际出发,我们努力寻求一种优良的热处理工艺,既能减小齿轮变形,稳定尺寸,又能满足设计要求,提高使用性能和降低成本,提高经济效益。
笔者在控制齿轮变形的攻关中,认真分析了渗碳、氮化、普通碳氮共渗等工艺的优缺点。
渗碳变形大,生产中无法找到齿轮的变形规律,公法线长度变化多端,即经过渗碳、正火、高温回火、淬火、回火等一系列的加热与冷却过程,时而胀,时而缩,变形显得复杂。
虽然渗碳层可以获得较高的齿面接触疲劳强度和脆性疲劳强度,但表面层压应力小,往往要增加喷丸强化处理。
可是在离表层0.1mm处,由于高的喷丸强度和渗碳层应力叠加,可能会导致应力过大,引起次表层的微裂纹,而且喷丸降低了齿面精度;氮化处理,虽然表面压应力大、耐磨性好、变形小,但渗层较浅,承载能力低,脆性疲劳强度不如渗碳高;普通碳氮共渗,渗层深局限于0. 5mm0.8mm,而且极易出现黑色组织等缺陷,使材料性能恶化;若用低温的碳氮共渗(软氮化),渗层较浅,仅适用于负荷小的零件。
笔者在经过多种工艺比较分析的基础上,开发了一种高温以渗碳为主,中温碳氮共渗的二段共渗后直接淬火的工艺,用此工艺对齿轮进行热处理(见图1),效果良好。
该工艺减小了齿轮变形,使公法线长度变化缩小43.7%,并使其公差基本稳定在+0.074mm~+0.136mm的范围内。
该工艺也缩短了周期,节约了成本。
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]。
齿轮渗碳淬火变形及其改进措施
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
１７１
式中δ Ｆ β—变形预修正量； β—齿轮螺旋角； t —渗碳深度， 选取上限值； m —齿轮模数；
n
Z —齿轮齿数； ０．５ —变形复杂系数。
１ 热处理后的轮齿变形
１．１ 齿向变形 试验证明，圆柱斜齿轮的变形比圆柱
直齿轮大，因为螺旋角越大对齿向变形的 影响越大。根据普通的变化趋势，圆柱斜 齿轮齿向变化规律是螺旋角减小（即伸直）。
由于材料组成成份及锻造、机加工造 成的预应力，又加之在高温下的渗碳，容易 产生金属流动变形，总的倾向是轮齿膨胀，
图２
试验测量得出公法线齿厚变化数值 比，其齿厚变形量为 ０．０２～０．０４ｍｍ，如果热 处理前的公法线齿厚控制不当，再加上齿 圈跳动、安装等的综合误差，造成中心距 偏差增大，导致啮合间隙过小，润滑差，转 动阻力大，承载不均匀，可使齿面发生早期 点蚀，严重的还会胶合、剥落和轮齿折断， 从而缩短了齿轮寿命。
试验齿轮参数：ｍｎ＝２．５，Ｚ＝２５，α ｎ＝ １４．５°，β ＝２４°３８′４９″（左旋），齿宽 Ｂ＝２１ｍｍ。
今将齿向公差值加大一个数值，然后将热 前、热后检测数值进行比较，齿向平均提高为：
齿向平均提高 ＝
齿向平均提高值为：１（件号，下同）：９５．９； ２：１０２；３：６２；４：５４；５：２００；６：１１５；７：８６；８： １０６；９：６４。
必须指出，为了准确地得到热处理后 齿向、齿形的变形量、热处理前、热处理 后的检测基准应完全一致，最好与车加工、 切齿、剃齿及安装基准一致。目前齿轮的 加工基准，一种是以内孔为基准，另一种是 以两端中心孔为基准。
以内孔为基准的齿轮，热处理后检测 前应先将内孔在以分度圆定位的专用内圆 磨床上磨出，然后用 １／５０００ 圆锥心轴（以中 心孔测心轴外圆跳动在 ０．００２ｍｍ 以内）进 行检测，这样基本能消除内孔变形对齿向 ＼ 齿形变形的影响。对以两端中心孔为基准 的齿轮，热处理后应将中心孔进行研磨（对 齿轮轴或较长的多联齿轮应进行校直），以 保证齿向、齿形测量的准确性。
控制齿轮淬火畸变的两个值得注意的问题
控制齿轮淬火畸变的两个值得注意的问题齿轮淬火是造成畸变的主要环节。
掌握淬火畸变的基本方法是尽可能地使齿轮各部位冷却匀称。
除此之外，还有一些值得留意的问题：一、钢材本身的淬透性对畸变的影响。
钢材淬透性越高，即参加组织转变的体积也越大。
当工件完全淬透整体均呈马氏体时，淬火前后的体积差达到最大，含碳量1%的钢材体积变化约为1%; 假如只淬透一半，即体积的一半淬火成马氏体，则淬火前后的体积差将比前者小一倍，因此，淬透性愈小，淬火畸变也就愈小。
反之齿轮的淬火畸变就越大。
在很多渗碳齿轮中，为了解决畸变问题经常采纳降低心部硬度的方法，然而，从齿轮强度来考虑，心部硬度又不能太低，由于许多齿轮疲惫失效的一个重要的缘由就是心部硬度偏低，所以，这成为齿轮生产中的一大冲突。
为了解决齿轮强度与热处理畸变对齿轮心部硬度要求的冲突，必需合理限制钢材的淬透性。
试验表明，只要钢材淬透性(或心部硬度) 相近，其畸变也相近，这就为掌握畸变供应了有利的条件。
对于齿轮淬火畸变而言，钢材的淬透性凹凸当然重要，但更重要的是钢材淬透性带宽，即淬透性的波动程度。
正是由于钢材的淬透性对齿轮淬火畸变有重要的意义，各国都将淬透性纳入钢材标准。
近年来，淬透性带宽度进一步变窄，如德国的《渗碳淬火钢交货技术条件》中就新规定了窄淬透性钢，其带宽由一般淬透性钢的8 HRC 减小到5 HRC。
我国于2023年发布的新标准也比原标准缩小了淬透性带的宽度。
二、压力强制淬火。
国内众多齿轮生产者在观念上主见自由淬火，以求简化工艺，便利操作，降低成本，压力强制淬火工艺及设备的进展也因此受到很大的影响。
圆满的是，象锥齿轮这类具有结构特别性的齿轮采纳自由淬火难于掌握畸变，几十年来，锥齿轮的畸变始终困扰着我国的齿轮行业。
实际上，在热处理生产中对于像细小麻花钻头及瘦长杆件等工件的弯曲畸变，大家都认可采纳压力校直，以此实现了稳定的批量生产;而对于齿轮制造中的薄壁大圆盘锥齿轮以及汽车同步器齿套之类的零件，采纳压床淬火同样可以将生产过程及热处理工艺中存在的各种潜在畸变因素在强压下消退或减小其影响作用，从总体上比自由淬火付出的代价要低得多。
影响齿轮热处理变形的几个重要因素
影响齿轮热处理变形的几个重要因素影响齿轮热处理变形的几个重要因素■陈正国，郝丰林我公司是一家专业生产汽车齿轮、摩托车齿轮、电动工具齿轮、工程机械齿轮的股份制企业。
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面扭曲变形大，造成齿轮报废；渗碳淬火后齿轮的M值变化不稳定；齿轮的齿形齿向变化不稳定，造成装机异响。
以下就是对上面的几种情况分别进行说明。
一个新产品开发，尤其是热处理工艺的设计，一般是按照类似的产品，采用本公司掌握的成熟工艺。
试制时一般是先采用类似的工艺，处理6个工件，对其变形及热处理项目进行检测；合格后再热处理30件，再次对变形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下来。
但是有时新产品开发半年后，产品才可以进行批量生产，试制时试制的工件不是很多，有时不能反映真正的工件变形趋势；或者材料有变化、锻造工艺变化、正火变化、冷加工工艺的变化，虽然热处理工艺没有变化，但是热处理后的工件端面扭曲，造成产品报废。
图1是开发产品结构示意，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工艺渗碳温度较高，生产效率高；产品采用平放，热处理后内孔的硬度较高，硬化层也均匀，椭圆度小。
改进后的热处理工艺，产品采用串放，产品的轴向圆跳动较好，渗碳温度降低，渗碳时间增加，减少热处理变形。
这样改进后的热处理工艺生产的产品由原来不合格率15%降为0.1%。
也有时出现产品处理了几年，突然出现批量不合格，改变热处理工艺后产品合格。
事实上最终原因是因不同钢厂的材料、锻造、正火、冷加工工艺流程的变化造成的。
图1图4所示产品，最大外圆156mm，热处理了1万件，有一批产品出现轴向圆跳动超差，不合格品占10%左右，造成部分产品报废。
于是对没有热处理的毛坯的正火硬度进行检查，正火硬度要求160～190HBW，对称检测4点，一共检查了6件，检测结果如表1所示。
汽车同步器齿轮淬火变形问题分析
汽车同步器齿轮淬火变形问题分析某公司生产的同步器齿轮由20CrMnTi碳氮共渗淬火而成，由于淬火后变形较大，尤其是椭圆度超差在诸多变形中最为严重。
其中两个产品170F01齿套椭圆度超差占总数的30%，7A五齿套椭圆度超差的占总数的20%左右。
为解决椭圆度超差不得不采用压淬处理，浪费大量的人力、物力。
为解决淬火后椭圆度超差变形问题，我们对产生变形的原因从原材料、热处理工艺、设备情况几方面进行了分析。
1.对原材料检验（1）项目包括化学成分、硬度、低倍组织、带状组织、晶粒度、非金属夹杂物等各项。
检验结果表明：化学成分、硬度、低倍组织、非金属夹杂物都在国标和图样要求的合格范围。
而带状组织比较严重，已经达到3级，晶粒如图1所示有混晶现象（图样要求不大于2级，最好是1级或0级）。
（2）分析：严重的带状组织，是由成分的微观不均匀引起的，带状组织使材料产生各向异性，使淬火变形增大。
混晶也是一种组织不均匀现象，其成因同样与偏析有关，对变形影响也很大，此二项必须严格控制，级别越小越好。
2.重新验证对热处理工艺的合理性进行了重新验证，发现有些产品的渗层深度控制的不合理，如7A三四档（见图2a）及五档齿套（见图2b）渗层要求0.4~0.7mm，结果实际深度平均值达到0.6~0.8mm。
其原因是渗碳时间过长，原工艺为860℃X220min，强渗；860℃X70min，扩散，然后将温度降低到815℃X30min，淬火。
分析：经过大量的试验及理论分析后得知，强渗及扩散温度合适，而强渗时间过长，导致渗层深度过深。
由于齿套的有效厚度只有2.5mm左右，而原来渗层单边0.8mm，两边加起来就是1.6mm，几乎就要淬透，整个截面硬度很高，热处理应力很大，从而使淬火变形增大，最终使椭圆变形超差。
3.热处理设备情况（1）淬火油内的残渣及氧化皮和污泥由于长期没有清理，导致大量存在，这些残渣一般沉到底部，会降低淬火油的流动性，造成淬火时各部位冷却不均，增大淬火变形。
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。
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。
淬火变形问题的解决办法
淬火变形问题的解决办法本文基于淬火变形的机理及其影响因素，浅谈淬火变形的预防控制及后期的机加工补救方法。
一，导致淬火变形的因素1,碳含量及其对淬火变化量的影响高碳钢屈服强度的升高，其变形量要小于中碳钢。
对碳素钢来说，在大多数情况下，以T7A钢的变形量为最小。
当碳的质量分数大于0.7%时，多趋向于缩小；但碳的质量分数小于0.7%时，内径、外径都趋向于膨胀。
碳素钢本身屈服强度相对较低，因而带有内孔（或型腔）类的碳素钢件，变形较大，内孔（或型腔）趋于胀大。
合金钢由于强度较高，Ms点较低，残余奥氏体量较多,故淬火变形较小，并主要表现为热应力型的变形，其钢件内孔（或型腔）趋于缩小。
因此，在与中碳钢同样条件下淬火时，高碳钢和高合金钢工件往往以内孔收缩为主。
2,合金元素对淬火变形的影响合金元素对工件热处理变形白影响主要反映在对钢的Ms点和淬透性的影响上。
大多数合金元素，例如，钮、铭、硅、锲、钥、硼等，使钢的Ms点下降，残余奥氏体量增多，减小了钢淬火时的比体积变化和组织应力，因此,减小了工件的淬火变形。
合金元素显著提高钢的淬透性，从而增大了钢的体积变形和组织应力，导致工件热处理变形倾向的增大。
止匕外，由于合金元素提高钢的淬透性，使临界淬火冷却速度降低，实际生产中，可以采用缓和的淬火介质淬火，从而降低了热应力减小了工件的热处理变形。
硅对Ms点的影响不大，只对试样变形起缩小作用；鸨和铀对淬透性和Ms 点影响也不大，对工件热处理变形影响较小。
故工业上所谓微变形钢，均含有较多量的硅、鸨、铀等合金元素。
3,原始组织和应力状态对热处理变形的影响工件淬火前的原始组织，例如，碳化物的形态、大小、数量及分布，合金元素的偏析，锻造和轧制形成的纤维方向都对工件的热处理变形有一定影响。
球状珠光体比片状珠光体比体积大，强度高，所以经过预先球化处理的工件淬火变形相对要小。
对于一些高碳合金工具钢，例如,9Mn2MCrWM和GCr15钢的球化等级对其热处理变形开裂和淬火后变形的校正有很大影响，通常以2.5-5级球化组织为宜。
齿轮淬火内控变形分析方案
齿轮淬火内控变形分析方案
事故问题：
齿轮渗碳淬火，426-135-100,材料20CrMoTi,要求有效硬化层1.2-1.6 渗碳8.5h 碳势1.15 扩散4h，0.8 碳势，降温至840 保温2h 淬火多用炉快搅拌,结果内孔胀大0.11-0.57mm 不等,内孔无法磨出。
问题分析：
心部几乎没有形成马氏体,都是一些贝氏体、铁素体、珠光体之类的。
马氏体只是表层一部分。
所以,淬火初期是表层马氏体膨胀拉开了直径。
解决方案及后续办法
缩孔处理以后表面快速加热淬火。
变形问题,是热处理中避免不了的。
但提前预防,讲变形控制更均匀,变形量更小。
既然是齿轮,中心孔的加工尺寸是用于安装在轴上工作的,在仔细地测量, 做好记录的基础上, 收集并整理好热处理过程的每一环节。
同时,与客户（尤其是设计师们沟通）,在内孔变大的情况下, 如何满足齿轮的安装即可。
对于单个零件来说, 内孔胀大不一定要缩孔处理,可以采用配轴的方式处理这个问题。
此外,日后要在接受项目时就谈到缩孔的问题。
因为,一旦热处理后缩孔不合格就会赔偿, 所以,必须在加工前就让客户提前预置加工余量。
这是
热处理行业的规定。
对于一般壁厚大，长度大，内孔中间变形更大，热处理过程中，
淬火液的流动很重要，冷却速度的均匀要控制。
当然，磨孔余量也要
加大点，才能确保质量。
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
内齿圈渗碳渗碳淬火变形趋势
内齿圈作为机械传动中的重要组成部分，其性能和稳定性对于整
个机械设备的运行至关重要。
而渗碳淬火作为提高内齿圈硬度和耐磨性的关键工艺，其变形趋势也备受关注。
首先，我们必须了解内齿圈渗碳淬火的变形趋势与渗碳工艺密切
相关。
在渗碳过程中，零件会经历一个复杂的热处理过程，包括升温、保温和降温等阶段。
其中，升温速度和渗碳温度是影响零件变形的关键因素。
例如，如果升温速度过快，会导致零件内外温差增大，进而引起热应力变形；而渗碳温度过高则可能导致零件产生组织转变，引发变形。
其次，挂装淬火时也会引起内齿圈的变形。
这是因为挂装方式对
零件的定位和支撑有影响，尤其是在高温淬火时，零件会发生蠕变，导致其形状发生变化。
具体来说，如果零件在淬火加热时受到不均匀的加热，或者在冷却时受到不均匀的冷却，都可能导致其发生变形。
此外，盐浴淬火时也会影响内齿圈的变形趋势。
这是因为盐浴淬
火过程中，零件与盐浴的接触位置和距离底部的距离都会影响其变形。
例如，最先接触盐浴的位置可能会因为受到较大的热冲击而发生较大的变形，而距离底部搅拌器较近的位置则可能会因为流体的相对流动速度较快而发生变形。
综上所述，内齿圈渗碳淬火的变形趋势是一个复杂的问题，涉及
到多个方面的因素。
为了减小变形，我们需要对渗碳工艺进行优化，选择合适的加热和冷却方式，以及改进挂装和盐浴淬火工艺。
只有这
样，我们才能制造出性能稳定、符合设计要求的内齿圈，为机械设备的正常运行提供保障。
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加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮/齿圈渗碳淬火后变形严重，特别是对于大型加工(QT500-7球墨铸铁)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加工(QT500-7球墨铸铁)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，对渗碳淬火加工(QT500-7球墨铸铁)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。
加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮齿圈渗碳淬火变形：加工(QT500-7球墨铸铁)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。
特别是大型齿圈和加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮，大型加工(QT500-7球墨铸铁)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。
大型加工(QT500-7球墨铸铁)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。
加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮齿圈渗碳淬火后车削加工：加工(QT500-7球墨铸铁)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：对于渗碳淬火齿圈加工(QT500-7球墨铸铁)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加工(QT500-7球墨铸铁)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；并在渗碳淬火后的加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮外圆进行车削实验。
加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮/齿圈渗碳淬火后车削加工外圆试验
大型加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮（齿圈）渗碳淬火后变形严重，加工(QT500-7球墨铸铁)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，最终对渗碳淬火加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮进行外圆车削。
切削线速度：50--70m/min，吃刀深度1.5--2mm 走刀
量0.15-0.2mm/每转（根据粗糙度要求调整）
车淬火加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮外圆时，一次走刀加工完成，原来用的进口陶瓷刀具只能多次加工才能把变形量切掉，而且崩刃严重，刀具使用成本非常高。
刀具试验结果：比原来用的进口氮化硅陶瓷刀具抗冲击，在吃刀深度增大三倍的情况下寿命是氮化硅陶瓷刀具的6倍！切削效率整整提高3倍（原来是三次走刀，现在是一次走到完成）。
工件表面粗糙度也达到用户要求，最难能可贵的是刀具的最终失效形式并不是让人担心的崩刀刃，而是正常的后刀面磨损。
此次断续车削淬火加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮外圆实验，打破了业内CBN刀具不能用于强断续车削淬硬钢的神话！在刀具学术界引起很大的轰动！
加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮淬火后硬车削内孔的表面光洁度
以断续切削带油槽的加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮内孔为例：试切刀具寿命达到8000米以上，光洁度Ra0.8以内；如果使用带修光刃CBN刀具，淬硬钢车削光洁度达到Ra0.4左右。
并能取得很好的刀具寿命
加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮渗碳淬火后车加工端面
加工加工加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮热后硬车端面时，能有效代替磨削加工，作为“以车代磨”的典型应用，立方氮化硼刀片已经很普及的应用在加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮端面热后硬车
的生产实践中，硬车削与磨削加工相比，确实大大提高了工作效率。
综述：
对于渗碳淬火后车削问题，对于端面车削，普通的焊接复合式立方氮化硼刀具已经得到普及，但对于大型加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮齿圈渗碳淬火的外圆和内孔尺寸变形，大余量车削掉变形量一直是加工难题。
华菱超硬HLCBN立方氮化硼刀具断续车削淬火钢是刀具行业的一大进步，有利于加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮行业“以车代磨”工艺的广泛推广，也为困扰多年的淬硬加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮外圆车削用刀具问题找到了答案，对缩短加工(QT500-7球墨铸铁)齿轮齿圈的制造周期，降低生产成本也都具有重要意义；HLCBN系列刀具被业界称为强断续车削淬火钢的世界典范。