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钢材热处理之:影响齿轮热处理变形的几个重要因素

钢材热处理之:影响齿轮热处理变形的几个重要因素 

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是开发产品的简图,图2是试制是的热处理工艺,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,椭圆小。改进后的热处理工艺,产品采用串放,产品的端跳较好,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处理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,改变热处理工艺产品合格。事实上最终原因是由于不同钢厂的材料、锻造、正火、冷加工工艺流程的变化造成了这种现象。


如图4这种产品,最大外圆156mm,热处理了1万件,有一批产品出现端跳超差,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。

表1  检测结果(HBW)

编号

点1

点2

点3

点4

备注

1

170

172

175

173

正常

2

168

170

172

171

正常

3

173

175

176

175

正常

4

169

184

170

175

异常

5

170

172

173

172

正常

6

175

176

176

177

正常

根据检测结果可以看出,由于正火硬度不均匀,造成工件加工后应力不均匀,热处理后工件变形超差,采用冷速比现有工艺冷速慢的淬火油,变形可以改善。


图5是一款变速箱齿轮的减速大齿轮,热处理时我们采用压装的方式进行渗碳淬火,这种渗碳的方法对于变形控制的不错,其缺点是两个端面的硬化层偏浅,但是不影响使用。

这一款变速箱已经生产了5年多了,产品的寿命周期就要到了,客户反馈变速箱有噪音,检查没有发现问题,由于量较少客户认为主减大齿轮较大,可能出现扭曲。(于是要求我们对于端面跳动进行严格控制)后来有个月出现的量较大,检查从箱体拆下来的齿轮进行检测齿形齿向,发现齿行齿向不符合图样要求,存在剃反的可能。因为这个工件只有内孔倒角处有点区别,其余的都是对称的,剃齿是不能防错,只有靠员工的自觉;热处理时产品压装后也检查不了是否按工艺要求压装。于是我们针对这种现象,专门针对装夹方向做了热处理试验,热处理后数据如附表所示。

根据数据可以看出,产品热处理时如果没有按照热处理要求装夹,出现的变形效果与剃齿剃反有同样的效果。因此,出现这种现象对于剃齿工序,热处理工序应该加强控制,最好的办法是对于产品设置防错措施,保证产品剃齿、热处理装夹的一致性。


还有类似图5的减速大齿轮热处理后M值比下差小0.03~0.05mm,热处理工艺见图6,为了挽救此批产品采用箱式多用炉热处理采用的热处理工艺见图7,热处理后M值合格。这两个工艺的区别是采用的热处理淬火油不同,为了工件的M值涨大,采用比原来渗碳高的温度渗碳,提高淬火温度达到M值涨大。

采用图6的热处理工艺,热处理检测结果硬化层0.62/550HV1,心部硬度357~375HV1。采用图7的热处理工艺,热处理检测结果硬化层0.67/550HV1,心部硬度382~418HV1。因此,只有针对问题,优化热处理工艺,减少废品,减少企业损失。


作者:陈正国,单位:浙江双环传动股份有限公司

作者:郝丰林,单位:江苏双环齿轮有限公司

来源:《金属加工(热加工)》杂志

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