齿轮热处理分析因素

齿轮元素

   　1、钢中含碳量

　　以含碳量对齿轮淬火时的翘曲畸变和体积畸变的影响最大。

　　2、钢中合金元素

　　钢中合金元素对齿轮的畸变影响很大，如合金元素C、Mn、Ni、Cr、Mo等增大淬透性，增加畸变倾向；而钢中的合金元素如Cr、Mn、Mo、Si、Ni、Ti等，可减小畸变。

　　3、钢的淬透性

　　钢材淬透性越高，畸变越大；淬透性越小，淬火畸变也就越小。

　　4、齿轮形状、截面尺寸

　　齿轮设计的形状不对称，截面均匀性差；齿轮设计的轮辐刚度差；齿轮设计的工艺孔位置不当等，都会加大齿轮的热处理畸变。

　　5、钢的原始组织

　　1）钢的显微组织不均匀性对热处理畸变影响很大。此外，钢中显微组织不均匀，组织粗大，存在较大的偏析，网状组织等，淬火后畸变加大。

　　2）由于带状组织和偏析等缺陷的存在，成为导致齿轮畸变的重要因素之一。

　　3）钢锭的宏观偏析常造成钢料横截面上的方形偏析，这种偏析往往造成圆盘形齿轮的不均匀淬火畸变。

　　4）正方形连铸坯形生产的齿轮热处理畸变均匀；长方形连铸坯形生产的齿轮热处理畸变具有明显的方向性，其对齿轮热处理畸变影响很大。

　　5）本质晶粒度越细，齿轮淬火后的畸变量将会相应减小。

　　6）如果齿轮毛坯正火处理的原始组织不均，导致齿轮的热处理畸变。

齿轮锻造工艺

　　6、锻造

　　1）充分锻造有助于减小畸变。特别是锻造后形成合理的金属流线结构，能够降低热处理畸变。合理的锻造还可以使锻坯减少偏析，均匀组织，改善带状组织，有利于减小热处理畸变。

　　2）金属未充满模腔时会造成最终热处理畸变不一致。

　　3）齿轮毛坯锻造时，因高温加热、变形度不均和终锻温度较高，将使齿轮热处理畸变增大。

　　7、毛坯预备热处理

　　1）齿轮毛坯预备热处理能够减小最终热处理畸变。采用普通正火时，热处理畸变相对等温正火要大。

　　2）齿轮毛坯在淬火前经过调质处理，淬火后畸变的规律性强，绝对畸变量会有所减小。

　　8、残余应力

　　齿轮的机械加工可造成容易引起金属畸变的应力，在齿轮加热过程中，不仅会产生热应力引起的畸变，而且释放内应力也会引起畸变。

　　9、淬火加热过程

　　1）较大的直径或厚度齿轮在加热温度下可能产生的最大应力，从而引起较大畸变。

　　2）在许多生产情况下装夹的齿轮，在入炉初期，各部位存在的温差较大，所产生的热应力足以使首先达到高温的部位发生塑变而引起局部畸变。

　　3）加热不均匀（包括快速加热）特别是对细长轴齿和薄片状齿轮的翘曲畸变影响很大。

　　4）一般情况下，加热不均匀（如加热元件直射温度）时，齿轮内部温度高的一侧，在冷却后往往显现凹陷并产生弯曲畸变。

　　5）加热速度将直接影响加热过程中热应力的形成，并由此引起齿轮畸变。

齿轮冷却处理

　　10、冷却

　　1）淬火冷却速度与淬火冷却介质

　　冷却能力越大，淬冷烈度（H）越强，齿轮内外（或厚薄不同处）温差越大，由此产生的应力越大；淬火冷却介质的种类、冷却性能、淬硬性等与畸变有关。

　　2）冷却不均

　　齿轮结构引起的畸变，齿轮装夹引起的畸变，淬火冷却介质特性引起的畸变。

齿轮淬火工艺

　　3）淬火冷却介质温度

　　一般情况下，适当提高淬火冷却介质（如淬火油）温度时，齿轮热处理畸变减小。

　　11、淬火操作

　　1）齿轮装夹及支承方式

　　在齿轮装炉时，装夹及吊挂方式、吊具及其支承方式，对齿轮的畸变也有很大关系，特别是内径、外径都比较大的薄壁环形齿轮，除了内径、外径的胀缩外，往往还会使圆度超差。如果装炉不当，极易产生较大的高温蠕变，同时在淬火时会影响淬火冷却介质的流动和齿轮冷却的均匀性，从而影响畸变量和畸变的均匀性。

　　2）淬火加热温度及加热均匀性

　　淬火加热温度对翘曲畸变的影响程度要远超过对体积畸变的影响。提高淬火温度一般均使齿轮畸变增大；加热不均匀引起的畸变。

　　3）重复淬火

　　对于因热处理质量超差齿轮，在返修过程中，如果重复淬火时，畸变量将随着淬火次数的增加而叠加。

　　4）淬火冷却的影响

　　齿轮的冷却速度大，同时发生体积膨胀，如果冷却不均匀必将造成更大的畸变；双介质淬火或分级淬火在第一介质中停留时间长；淬火冷却介质流动性过强，对齿轮产生了冲击等因素，均对齿轮热处理畸变产生一定的影响。

　　5）操作因素

　　这往往同操作过程中违反工艺规定有关。例如齿轮在出炉过程中彼此相互挤撞；出炉时齿轮与炉膛、炉体、炉门或其他硬物撞击等均会造成齿轮畸变；在齿轮出炉淬火时，操作不平稳，晃动大，将增加齿轮畸变，尤其对细长齿轮轴、薄片形齿轮影响更大。

　　12、回火、冷处理及时效

　　1）回火

　　回火对齿轮的尺寸变化，主要是由于组织转变而引起的。

　　2）冷处理

　　对于合金元素含量较高或精密齿轮，一般进行零下温度的冷处理，使残留奥氏体进一步转变为马氏体，因而显现尺寸增大的畸变趋势。若淬火温度越高，冷处理后显现的尺寸膨胀也越大。

　　3）时效处理

　　齿轮淬火组织中，残留奥氏体数量是引起时效畸变的主要原因。自然时效中由于氢的逸出，应力松弛；自然时效过程中应力的松弛释放，可能引起极少量的残留奥氏体的相变。