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摩托车齿轮的气体碳氮共渗

齿轮.JPG

齿轮是机械传动中的主要部件,我厂在接受125摩托车齿轮的生产任务中共有7种齿轮,技术要求如表1所示。

表  1

零件名称

渗层深度/mm

表面硬HRC

心部硬HRC

圆跳动量/mm

主动齿轮

0.4~0.6

≥55

24~38

≯0.06

Ⅰ轴Ⅱ速齿轮

0.4~0.6

≥58

24~38

≯0.06

起动齿轮

0.2~0.35

≥55

24~38

≯0.06

Ⅱ轴Ⅲ速齿轮

0.4~0.7

≥58

24~38

≯0.063

Ⅰ轴Ⅰ速齿轮

0.4~0.6

≥58

24~38

≯0.063

Ⅱ轴Ⅰ齿轮

0.4~0.6

≥58

24~38

≯0.06

Ⅱ轴Ⅱ速齿轮

0.4~0.7

≥58

24~38

≯0.063

 几种齿轮均采用低合金钢20CrMnTi制成。为提高齿轮的接触疲劳强度及抗咬合、抗擦伤性能,要求经调质处理后进行碳氮共渗。由于受生产设备限制,我厂仅能进行气体碳氮共渗。经多次试验和大批量生产,齿轮热处理质量达到了技术要求。


1.热处理工艺参数的确定

根据产品的要求,制订的零件工艺流程为:调质→制成直齿轮→气体碳氮共渗→淬火、回火。


考虑到我厂气体碳氮共渗是用上海电炉厂产的RQZ—60—9式滴注井式气体渗碳电阻炉进行气体共渗。碳氮共渗用的液体介质是用滴量器对流量进行控制。碳氮共渗质量完全依靠操作工人对滴数,火苗进行严格控制。


(1)调质温度

根据材料和硬度要求,确定调质温度为(870±20)℃,回火温度(660±20)℃。


(2)碳氮共渗温度

碳氮共渗中的温度是决定渗层质量的主要原因,其碳氮浓度在炉中的变化情况是:在共渗层中碳量随温度升高而增加,氮量随温度升高而减少。而共渗层中碳原子分布变化情况是:碳原子的穿透深度随温度的升高而加大,氮原子的穿透深度随温度升高而有所减少。在碳氮共渗层中成分要求一般是:wC=0.8%~1.15%wN=0.2%~0.4%为最佳。为了获得这个较佳的渗层成分,又考虑到要尽量减少齿轮淬火时的变形,经多次试验最后确定采用(860±20)℃。


(3)碳氮共渗保温时间

在碳氮共渗温度(860±20)℃下,用共渗剂煤油和三乙醇胺进行碳氮共渗,经在保温时间内进行抽样切割检查碳氮共渗层深度合格后,确定七种齿轮碳氮共渗的最佳保温时间是4~6h。


(4)碳氮共渗剂的选用

在提高企业经济效益同时又保证齿轮碳氮共渗的质量,从试验到大批量生产,采用煤油和三乙醇胺作气体碳氮共渗工艺用的共渗剂。


(5)碳氮共渗剂比剂的确定

碳氮共渗对于共渗剂煤油和三乙醇胺的比例很重要,它们是决定共渗层质量的关键,它们的比例不恰当会严重影响共渗过程中碳氮原子渗入速度和共渗层中的碳氮浓度。经过反复对比实验,确定采用1:2.5为碳氮共渗阶段煤油和三乙醇胺的流量。由操作工人通过控制每分钟的滴数来控制它们的流量,从而达到确保共渗透层的质量。


(6)碳氮共渗后淬火

齿轮在860±20℃下进行碳氮共渗直到共渗保温阶段结束,检查试样共渗层深度合格后就出炉直接淬火,油温50~80℃冷透,效果良好。


(7)回火温度

齿轮经碳氮共渗透及淬火后,必须进行低温回火,回火温度180±20℃空冷、冷透。


3.齿轮热处理工艺

热处理各参数确定后,制定了如下工艺规程。


(1)齿轮调质工艺:淬火温度870±10℃冷却介质20号机油,油温50±80℃,回火温度660±20℃,空冷、冷透,24~38HRC。


(2)气体碳氮共渗工艺:共渗温度860±20℃ ,共渗时间4~6小时。


(3)淬火,回火工艺:齿轮碳氮共渗后直接淬火,油冷,油温50±80℃冷透。回火温度80±20℃空冷、冷透。


4.大批量生产及效果

上述热处理工艺规程经过多次试验和抽件切割检查证实,能满足零件的技术要求。检查合格的齿轮经装配和试车考验证实使用性能良好,于是进入大批量生产。大批量生产后的齿轮对其调质硬度、淬火及回火硬度、变形等项目分别按每炉10%抽样检查调质硬度、淬火及回火硬度,按每炉抽样检查碳氮共渗层深度、对变形项目全部进行检查,检查结果如表2示:

表  2

序号

零件名称

渗层深度/mm

心部硬度HRC

表面硬度HRC

圆跳动量/mm

1

主动齿轮

0.42~0.45

24~38

56~59

0.036~0.045

2

Ⅰ轴Ⅱ速齿轮

0.42~0.45

24~34

58~61

0.041~0.056

3

起动齿轮

0.30~0.35

22~32

56~58

0.043~0.054

4

Ⅱ轴Ⅲ速齿轮

0.42~0.45

23~35

58~63

0.041~0.056

5

Ⅰ轴Ⅰ速齿轮

0.42~0.45

24~36

58~61

0.042~0.057

6

Ⅱ轴Ⅰ齿轮

0.42~0.45

25~37

58~61

0.041~0.054

7

Ⅱ轴Ⅱ速齿轮

0.42~0.46

24~36

58~62

0.045~0.058

5.生产中曾出现的问题及补救措施

生产齿轮近五年,齿轮热处理质量稳定,但也出现过共渗层硬度偏低,共渗层浅等问题,经采取措施顺利地解决了问题,确保了产品质量。


对齿轮在碳氮共渗后出现硬度偏低,经过详细分析找到了产生质量问题的原因:是在共渗阶段对煤油和三乙醇胺流量即每分钟滴数未严格控制。


经对齿轮重新进行碳氮共渗处理,在860±20℃重新进行碳氮共渗保温阶段按具体情况调整、煤油和三乙醇胺的流量,即控制它们每分钟滴数,同时调整保温时间,经过上述措施,效果较好。


对齿轮在碳氮共渗后出现共渗层浅进行详细分析认为:产生原因是齿轮在碳氮共渗阶段保温时间短,未严格执行工艺规程,经重新进行碳氮共渗补救,通过延长860±20℃时的保温时间,就达到满意的效果。


6.结论

生产的七种齿轮经多次抽件切割考核质量一直稳定,又经多次装配试车考核,证实经热处理后的齿轮具有较高的接触疲劳强度和较高的耐磨性,使用性能良好,这充分表明采用气体碳氮共渗完全能满足产品要求。


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