减少渗碳淬火齿轮花键孔变形的一种有效措施

作者：信息来源:模具 2008-7-8

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为了提高我厂KP2000、KT2000等产品变速箱齿轮的强度，我们对系列内花键齿轮405-09，405-14，405-16进行了渗碳直接淬火处理。众所周知，渗碳直接淬火齿轮的内孔是注定要变形的，而且，其变形的原因也是多方面的。本文只介绍堵孔方法对变形的影响，以及我们在减少渗碳淬火齿...

为了提高我厂KP2000、KT2000等产品变速箱齿轮的强度，我们对系列内花键齿轮405-09，405-14，405-16进行了渗碳直接淬火处理。众所周知，渗碳直接淬火齿轮的内孔注定要变形的，而且，其变形的原因也是多方面的。本文只介绍堵孔方法对变形的影响，以及我们在减少渗碳淬火齿轮花键孔变形方面所采取的一种有效措施。

1　试验方法
　　齿轮材料为20CrMnTi钢，加工工艺流程：下料→锻造→正火→粗车→不完全淬火→半精车→拉花键→制齿→渗碳直接淬火→推花键→检验。
　　工件装夹及堵孔办法：
　　为防止齿轮的花键孔渗碳并控制工件渗碳淬火时花键孔的变形，我们事先将齿轮分为3组：第1组，上专用工夹具，花键孔充填松紧适中（19.6N力压入）的煤粉石英石砂（铸造车间废砂）；第2组，上专用工夹具，花键孔不充填任何东西；第3组，上工夹具，花键孔充填少许水玻璃＋煤粉石英长石砂，并捣实，见图1。

图1　渗碳淬火齿轮花键孔处理办法示意图
1.盖板　2.填充物　3.齿轮　4.吊具

　　煤粉石英长石砂的成分w（％）：80SiO2、10.05Al2O3、1.50Fe2O3、0.90CaO、0.40MgO、含泥量1.0％，另含有一定量的煤粉、陶土（铸前）。
　　按上述方法做好装夹、堵孔工作之后，我们对批齿轮进行了渗碳直接淬火＋210℃低温回火处理。渗碳直接淬火工艺如图2所示。

2　试验结果
　　3组渗碳直接淬火＋低温回火齿轮花键孔测量结果见表1，齿顶圆的径向跳动及齿端两端面的端面跳动情况见表2。
　　从试验情况看，第2组齿轮与第3组齿轮的变形胀缩量过大，第1组齿轮的变形控制较为理想。我们按照第1组齿轮控制变形的方法对后两组齿轮重新加热淬火，滴煤油保护，结果，其内孔变形量为－0.03～＋0.06mm。其余大批量齿轮均按此法生产，经100％检查内孔，其变形量均为－0.04～＋0.05mm（设计留量0～＋0.05mm）。

图2　渗碳淬火工艺示意图

表1　齿轮花键孔测量结果

组别

控制变形措施

花键孔变形量／mm第1组专用工夹具＋煤粉石英长石砂－0.03～＋0.05第2组专用工夹具－0.12～－0.24第3组专用工夹具＋水玻璃＋煤粉石英长石砂并捣实＋0.10～＋0.26

注：淬火介质为N15（10号）、N32（20号）机油，淬火时工件上下运动。

表2　齿顶圆的径向跳动及齿端面的端面跳动情况

图号齿顶圆的径
向跳动
公差／mm齿端两端面的
端面跳动
公差／mm评　级405-09
405-15
405-16≤0.065
≤0.052
≤0.052≤0.043
≤0.037
≤0.03符合技术要求，良好
符合技术要求，良好
符合技术要求，良好　经抽查，并通过剥层成分分析，齿轮工件表层的含碳量为0.90％～1.05％，齿面硬度58～63HRC，心部硬度28～37HRC，金相组织全部合格。</DIV><DIV align=left>3　讨论
　　（1）　从工件的外形变形情况看，我们采取的装夹、吊挂措施、装炉以及工件浸入淬火介质的方式和运动方向都是合适的，工件的加热和冷却也是均匀的。
　　（2）　从第2组工件的花键孔变形情况看，工件在冷却过程中，热应力的作用较大。这可能与齿轮材料的淬透性差，花键孔表层碳浓度低有关。第3组工件的花键孔之所以胀大，可能是由于捣实的水玻璃石英长石砂在工件加热过程中先行胀大，且具有较高的强度，工件在渗碳加热时，花键孔被迫胀大（如不计工件内孔受热膨胀）。在工件冷却过程中，花键孔在内应力作用下发生塑性变形收缩时，受到这个强硬的水玻璃石英长石砂体的限制而不能复原。至于第1组工件，由于它是用松紧适中的煤粉石英长石砂堵孔，在工件冷却过程中，热应力和组织应力相互作用，花键孔低碳马氏体量与残留奥氏体量相对合理。所以，花键孔的变形量控制得较为理想。

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