渗碳齿轮带内花键变形控制方式讨论

20Cr2Ni4钢为高强度合金渗碳钢，有良好的综合力学性能，其淬透性、强韧性均超过12CrMi3钢。该钢锻造性能良好，锻造加热温度为1200℃，始锻温度1150℃，终锻温度大于850℃，锻后缓冷。20Cr2Ni4钢如在锻后出现晶粒粗大时，即使经正火及随后渗碳加热，在淬火后仍将得到粗大的马氏体组织。用途用作强度要求较高的渗碳及调质结构件。常用于制造中小型汽车、拖拉机的发动机和传动系统中的齿轮，也可代替12CrNi3钢制造要求心部性能较高的渗碳件、氰化件，如石油钻探和冶金露天矿用的牙爪和牙轮体。物理性能化学成份碳C：0.17～0.23硅Si：0.17～0.37锰Mn：0.30～0.60硫S：允许残余含量≤0.035磷P：允许残余含量≤0.035铬Cr：1.25～1.65镍Ni：3.25～3.65铜Cu：允许残余含量≤0.030力学性能抗拉强度σb(MPa)：≥1175(120)屈服强度σs(MPa)：≥1080(110)伸长率δ5(％)：≥10断面收缩率ψ(％)：≥45冲击功Akv(J)：≥63冲击韧性值αkv(J/cm2)：≥78(8)硬度：≤269HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为15mm热处理规范及金相组织热处理规范：淬火:第一次880℃,第二次780℃,油冷;回火200℃,水冷、空冷。热处理工艺：20Cr2Ni4钢相变点为：Ac1720℃、Ac3780℃、Ar1575℃、Ar3660℃、Ms305℃。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。第四，热处理后用推刀精整花键孔，或电解加工精磨花键孔，或渗碳后再加热套芯棒淬火，后压出芯棒，保证花键孔尺寸等手段减小变形。一、齿轮花键孔热处理变形，是在生产过程中经常遇到的问题，遇到配合精度不高的还好办，因为可以配合间隙可以弥补热处理变形，要是要求的配合精度很高，那就头大了，特别是花键孔的变形只有1、采用热处理后推孔，可热处理变形很大的话，推孔是不行的，2、做个热处理的工装，让花键孔中间有个芯轴，减少热处理的变形，可没有办法来精确控制芯轴的尺寸。3、通过用盐酸来腐蚀，只能减少花键的齿厚，没有办法减少热处理的变形。4、淬火压床，代价太高。不知道各位还有什么其他好办法控制齿轮花键孔热处理变形？？？？1）、我们是做汽车齿轮的，一般的汽车差速器半轴齿轮的花键的分度圆弧齿厚的公差，国内的客户要求在0.10左右，国外的客户要求在0.05左右。对于国内的客户，我们的做法是：热处理之前，通过控制拉刀的齿厚，拉刀尽可能做大一些，工件通过渗碳淬火变形，正好可以补偿到齿厚的下差左右；如果是国外的客户，就可能需要热后硬切削拉床了，通过热后硬拉，修光齿厚。当然，在热处理之前，需要工件的组织要求高一些（最好是正火后，晶粒组织要求细一些）需要做淬火变形试验。2）、1.控制材料淬透性的统一性2.做工艺试验，确保变性规律的客观性，做好热前热后的变化量3.控制热处理的装炉方式、温度、速度、时间等4热后修正3）、我们可以提供硬拉设备如果有意请加QQ5108345914）、齿轮热处理变形是个高深难以琢磨的课题。这个东西跟很多东西有关，比如：材料，材料组织的均匀性，热处理温度控制，热处理设备，机加工方法等等，我都不能一一道来。举个例子，我们以前用20CrMo材料，不同批料的变形状况不一样，就是同一批料变形也不一样，更有的是就是同一炉料都变形差异很大。这个东西，需要在加工的过程中不断摸索，不断的做变形试验，不断总结，不断调整工艺…………总之，没有一个固定模式。二、在机械加工中我们常常会遇到内花键的产品,我们一般采用热前拉花键工艺,但是热后内花键变形而影响装配,如何能有效的解决和控制这个问题呢,请各位大侠共同讨论.1）、现在我们公司就是采用推刀这种办法,不过还有没有更好更简单的方法呢2）、现在比较广泛的就是使用推刀,没有更好的办法.别的都不怎么现实。当然,在材料预处理\热前余量\花键防渗等方面做些文章还是可以减少变形的量或者是减少热后不合格率的.但是好象都不能很好的解决问题.。3）、产品平放花键孔内加一个实心铁柱体可以解决一部分。实心铁柱体比花键根部小20丝左右就可以4）、产品平放、小端面向上，箱式炉渗碳淬火。小端缩孔20丝左右其余都能保证。5）、一般采用等温油变形在10丝左右6）、对于渗碳工件余量小的工艺，我们一般要采用2次淬火的方法，渗碳完以后炉冷，再加热淬火，防止晶粒粗大造成淬火应力过大，或者采用中频淬火7）、只能从预处理状态把好关，然后就是降低淬火温度，连续炉的话，渗碳温度降低，预冷的时间（周期）适当加长三、齿轮零件结构有内花键．且齿轮两端壁厚不均，零件在渗碳淬火后内花键上下两端变形不一致，内孔锥度严重，齿轮齿向变动量也较大，零件无法装配。为此，探索了通过改进渗碳淬火工艺来减少齿轮内花键畸变的方法，较好地解决了以上问题。2、零件热处理技术要求零件材料为16MnCr5，结构如图1。表面硬度为680~780HV30.或80.7~82.8HRA．心部硬度为35~48HRC，有效硬化层(550HV1)深0.65~0.95mm金相组织按QC／T262—1999评定．磨削面磨后表面硬度≥680HV10磨后有效硬化层(550HV1)深≥0.5mm.3、工艺控制和改进3.1原工艺采用德国Aichelin多用炉渗碳淬火，产品挂放装炉。热处理工艺(如图2)为：900±5℃渗碳．855±5℃淬火，采用好富顿355分级淬火油，油温120℃。工艺结果如表1所示，齿轮齿向变动量大，内花键锥度严重，导致产品合格率仅50％左右。3.2畸变原因分析齿轮带有内花键结构，且孔径上下两端有效厚度尺寸相差较大，导致齿轮各部位变形情况差异很大。内花键壁厚大的一端在淬火过程中，由于壁厚较大，内外层马氏体转变的不等时性增加，造成组织应力增大。热应力相对比较小，组织应力占主导地位，由于马氏体组织转变而发生体积膨胀，工件心部受压，表面受拉，表现为孔径涨大：壁厚薄的一端热应力占主导地位．工件心部受拉，表面受压，表现为孔径缩小。因此内花键上下锥度严重。同时由于壁厚不均而引起的应力应变不均匀也导致齿向变动量过大，造成热前剃齿工艺调整困难。3.3改进后工艺改进后工艺如图3，仍采用挂放方式装炉900±5℃渗碳845±5℃淬火，仍采用好富表1主五档齿轮不同工艺生产结果对比工艺有效硬化层（550HV1）深/mm表面硬度HV30心部硬度花键上口变形量/mm花键下口变形量/mm齿向变动量/mm技术要求0.35~0.60680~780≥350//0.022改进前0.43~0.54700~740380~4100.02~0.060~0.040.020~0.050改进后0.48~0.53720~770360~4100.01~0.02-0.01~-0.020.016~0.022顿355分级淬火油，油温160℃。表1列出了工艺改进后检测结果和花键变形情况。采用改进后工艺产品变形得到很好控制，合格率达95％以上。3.4改进措施分析对比改进前后两种热处理工艺可以看出，主要改进了两个方面。a．降低淬火温度以相对降低零件从高温冷却下来的温差，从而减小渗碳淬火零件由于热应力而引起的畸变：b．提高淬火油温度减小变形，因为油的温度提高，流动性随之改善，更易均匀地上下循环流动，以利于零件均匀冷却，减小变形。经过工艺改进渗碳淬火并回火后齿轮整体的热处理质量获得明显改善。4小结经过工艺改进后生产的主五挡齿轮各项技术指标均满足技术要求热处理畸变得到有效控制。对带内花键同时有效厚度相差较大、结构复杂齿轮的渗碳淬火热处理畸变控制．可通过适当降低零件渗碳淬火温度和适当提高淬火油温度来实现。作为推广应用，对从动三挡齿、从动四挡齿也使用了相同工艺来解决变形超差问题，都取得了良好的效果。