大型齒輪軸是重要的動力傳動和變速零件，其性能很大程度上取決于熱處理過程，因此，對熱處理工藝要求十分嚴(yán)格。齒輪軸熱處理主要包括長時(shí)間高溫強(qiáng)滲碳勢深層滲碳和空冷至一定溫度淬火。目前大型齒輪軸熱處理中容易發(fā)生的問題，一是表層滲碳組織不符合工藝要求，比如，由于大型齒輪軸尺寸大，熱處理后一些花鍵齒部分表層貝氏體/珠光體含量高、形成明顯網(wǎng)狀；另一個(gè)問題是齒輪軸在熱處理過程中容易發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)滲碳層齒面中部凹陷，呈兩頭翹起的馬鞍型。由于滲碳齒面為嚙合工作面，允許的磨削余量非常小，這就要求熱處理后的齒面畸變小而尺寸精確，以確保磨削加工后齒間的嚙合精度和滲層深度。大型齒輪軸熱處理裝爐量少，生產(chǎn)效率低，故優(yōu)化熱處理工藝、提高熱處理質(zhì)量很有必要。
根據(jù)陜西法士特齒輪公司的研究，造成貝氏體/珠光體組織的原因來自于：一、箱式滲碳爐的原料氣和密封性。箱式爐采用電加熱，原料氣有甲烷、丙酮、氮?dú)?、氨氣。原料氣中水分、空氣含量大時(shí)，就會間接的帶入大量氧原子促使合金元素內(nèi)氧化，降低零件的淬透性，生成大量黑色塊狀貝氏體/珠光體；設(shè)備密封性不好也會有大量空氣侵入，使貝氏體/珠光體量增多。二、淬火冷卻速率不夠。淬火冷卻速率越低，形成的貝氏體/珠光體組織越多。三、淬火介質(zhì)。淬火過程中，由于油品氧化以及攪拌不充分等因素導(dǎo)致蒸汽膜破裂時(shí)間增長，加劇了表面貝氏體/珠光體增多的傾向，提高油品的淬透能力能有效抑制表層貝氏體/珠光體形成。根據(jù)上述分析，他們提出以下大型齒輪軸類零件熱處理工藝的優(yōu)化方案：一、采用零件豎放，氣孔朝上，使零件深入淬火油中時(shí)氣孔內(nèi)氣體及時(shí)排放，這樣就不會形成封閉的氣泡以至于降低淬火冷卻速率。二、采用高純度氣體作為原料氣，定期保養(yǎng)設(shè)備以保證設(shè)備有良好的密封性。三、在保證不產(chǎn)生嚴(yán)重畸變和形成淬火裂紋的前提下盡量采用快速淬火油和增強(qiáng)攪拌(提高電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù))來提高淬火冷卻速率和冷卻均勻性。四、在擴(kuò)散后期通入氨氣，氨氣分解可以對滲層補(bǔ)充合金元素氮，減少因合金元素貧化造成淬透性下降而形成的貝氏體/珠光體組織，提高零件的淬透性和淬硬性。
針對大型齒輪軸熱處理中的畸變問題，重慶重型鑄鍛廠提出，畸變主要發(fā)生在淬火工序，由于內(nèi)部熱應(yīng)力和組織應(yīng)力產(chǎn)生的時(shí)間不同相互疊加而致。因此，他們建議，在確保淬硬層深度的前提下盡量減小淬火溫差，取淬火溫度下限。采用硝鹽等溫淬火，可以在很大程度上減少熱應(yīng)變所引起的畸變。另外，對不可避免的組織轉(zhuǎn)變所引起的直徑縮小，可以采取1.5mm預(yù)留收縮余量的辦法。他們對500~600mm齒輪軸采用下限淬火溫度和硝鹽等溫淬火處理方法有效地達(dá)到了控制畸變量的目的。
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