大直徑薄壁型齒圈滲碳公法線尺寸變化規(guī)律摸索

■胡東輝

因生產(chǎn)需要，我公司熱處理廠逐漸引進(jìn)了能處理大直徑齒圈的熱處理滲碳設(shè)備。由于此類零件大多屬于關(guān)鍵件，尺寸等要求比較嚴(yán)格，因而熱處理的滲碳淬硬過(guò)程中，對(duì)零件尺寸變化的控制至關(guān)重要。與此同時(shí)，此類型零件往往滲層較深，在零件形狀“單薄”條件下，非常容易造成零件變形嚴(yán)重。為服務(wù)生產(chǎn)，更好地滿足滲碳后零件尺寸要求，故對(duì)該類型零件滲碳后公法線變形進(jìn)行工藝摸索。

1. 熱處理工藝及零件數(shù)據(jù)

采用4種不同直徑的齒圈零件，經(jīng)過(guò)不同的滲碳淬硬工藝，對(duì)比熱處理前后齒輪的公法線變動(dòng)，從而測(cè)出零件的大致尺寸變化。

（1）試驗(yàn)工藝與設(shè)備由于零件較大， 采用φ2500mm×2000mm愛協(xié)林井式滲碳爐，平裝零件，墊平，除齒部外其余均勻涂防滲劑，并采用圖1所示的熱處理工藝。

（2）數(shù)據(jù)分析 圖2～圖5為參與試驗(yàn)的零件，表1為相應(yīng)零件的具體數(shù)據(jù)和采用的工藝。對(duì)4種不同的零件，通過(guò)進(jìn)行滲碳淬硬，測(cè)量熱處理后的公法線尺寸，對(duì)比熱處理前的公法線尺寸，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

圖1 熱處理工藝曲線

圖2 齒圈1

圖3 齒圈2

圖4 齒圈3

圖5 齒圈4

根據(jù)W熱后–W滾齒=熱處理后公法線的漲量，計(jì)算出各齒圈的尺寸變化（見表3和圖6），可以發(fā)現(xiàn)此類型零件變形量基本在0.5mm以上，甚至個(gè)別超過(guò)0.8mm。對(duì)于個(gè)別零件因壁厚更薄，如圖4所示齒圈，公法線變動(dòng)在0.46～0.72mm之間，使整個(gè)零件的公法線變化很大。

井式滲氮爐生產(chǎn)線

圖6 各齒圈公法線漲量

2. 變形原因分析

零件雖然采用兩種熱處理工藝，但零件變形趨勢(shì)一致，均漲大了0.5～0.8mm。

零件經(jīng)過(guò)熱處理后，產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，并且熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會(huì)使淬火的工件形狀發(fā)生變化（形狀畸變）。在熱應(yīng)力方面，零件雖然縮小，但同時(shí)在冷卻過(guò)程中，零件發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程后，比體積變大（馬氏體的比體積比奧氏體大），從而使零件直徑尺寸增大。

在熱應(yīng)力中，由于表層和心部冷卻速度不一致而形成溫差。表面驟冷時(shí)，體積收縮較小；當(dāng)表面冷卻后，心部只發(fā)生冷卻，體積卻不能自由進(jìn)行，從而使零件經(jīng)熱脹冷縮后，體積增大。這種體積增大現(xiàn)象受冷卻速度、材料化學(xué)成分和熱處理工藝等影響，當(dāng)冷卻速度增大，零件碳含量和合金成分越高時(shí)，體積變化越明顯。

另外，受到其他因素影響，局部受力不均，造成翹曲，在同一齒形成錐度，導(dǎo)致整個(gè)零件的平面發(fā)生翹曲。

表1 各齒圈的各種參數(shù)和工藝方案

表2 各齒圈的滲碳淬硬后公法線數(shù)據(jù) （mm）

表3 各齒圈的公法線漲量 （mm）

3. 結(jié)語(yǔ)

（1）熱處理的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力無(wú)法避免，但是可以合理利用存在的變形，在冷加工滾齒時(shí)，適當(dāng)減少磨量，以彌補(bǔ)熱處理漲量。

（2）此類型零件的公法線漲量一般在0.5～0.8mm。