■ 朱百智

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1. 概述

（1）技術(shù)要求 某公司承接了出口機(jī)車(chē)件行星齒輪軸的來(lái)圖加工業(yè)務(wù)，材料是4320H，外觀尺寸為φ184mm×727mm，模數(shù)是11.56。滲碳淬火技術(shù)要求如表1、圖1所示，其引用了AGMA923標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)內(nèi)外通用的標(biāo)準(zhǔn)ISO6336-5相比，增加了齒根層深要求和非馬氏體組織要求，齒根層深與齒面層深比例要求約為0.66（3級(jí)齒輪要求），本文以增加齒根滲碳硬化層深為主要目標(biāo)，對(duì)滲碳淬火工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

（2）齒根滲碳硬化層深影響因素 結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)及筆者的工藝實(shí)踐認(rèn)為，齒根滲碳硬化層深的影響因素包括：①曲率半徑：齒根曲率半徑大于齒面，導(dǎo)致齒根滲碳速度慢于齒面，因此有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別了齒面和齒根滲碳硬化層深要求提法。②滲碳初期，到溫不同步：齒根有效尺寸大于齒面，滲碳到溫滯后于齒面，齒根實(shí)際有效滲碳保溫時(shí)間短于齒面，也是齒根滲碳層深低于齒面的主因。③淬火加熱和冷卻環(huán)節(jié)：淬火保溫時(shí)間和冷卻不充分，也會(huì)降低齒根硬化層深。④原材料淬透性：齒根硬化層深與淬透性正相關(guān)，即在相同熱處理?xiàng)l件下，淬透性增加，齒根硬化層深隨之增加。由于條件所限，本文沒(méi)有對(duì)這一影響因素展開(kāi)研究和改善。

圖1 齒面和齒根檢測(cè)位置示意

2. 工藝方案

行星齒輪軸的滲碳淬火設(shè)備為RJ160/550J深井滲碳爐（有效尺寸：φ1600mm×5500mm），裝爐方式如圖2所示。本文設(shè)計(jì)了三種工藝方案，分別為常規(guī)工藝、淬火優(yōu)化工藝及預(yù)滲+淬火優(yōu)化工藝，如表2、表3和表4所示。

表1 滲碳淬火技術(shù)參數(shù)

圖2 裝爐示意

（1）方案1（常規(guī)工藝）從表2可以看出，常規(guī)工藝的滲碳過(guò)程主要包括均熱、強(qiáng)滲、擴(kuò)散降溫和坑冷等過(guò)程，淬火油冷過(guò)程開(kāi)動(dòng)油槽攪拌器。

（2）方案2 （淬火優(yōu)化）方案2（見(jiàn)表3）在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)淬火環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，主要措施包括：淬火加熱820℃保溫時(shí)間由3h延長(zhǎng)到4h；以及在油冷過(guò)程初期，提高淬火油的流速。

（3）方案3（預(yù)滲+淬火優(yōu)化） 如前所述，基于齒根滲碳到溫滯后于齒面，方案3（見(jiàn)表4）在滲碳環(huán)節(jié)增加了930℃預(yù)滲（時(shí)間：1h，碳勢(shì)：0.8%），以縮短二者有效滲碳時(shí)間的差距。此外，繼續(xù)采用與方案2相同的淬火優(yōu)化措施。

3. 結(jié)果與分析

三種不同工藝方案的結(jié)果對(duì)比如表5所示。

從表5可以看出，三種工藝方案條件下：

（1）表面硬度、心部硬度、齒面硬化層深及金相組織的指標(biāo)均滿(mǎn)足技術(shù)要求，且無(wú)明顯差異。

（2）齒根滲碳硬化層深明顯均淺于齒面，說(shuō)明曲率半徑對(duì)滲碳硬化層深影響顯著。

（3）延長(zhǎng)淬火保溫時(shí)間，提高淬火油的流速，齒根硬化層深由0.6mm增加到0.98mm，增加了約63%，但沒(méi)有滿(mǎn)足技術(shù)要求1.27mm。

（4）增加預(yù)滲，延長(zhǎng)淬火保溫時(shí)間，提高淬火油的流速，三者同時(shí)作用，齒根層深由0.6mm增加到1.56mm，增加了約1.6倍，齒根層硬化深/齒面硬化層深約為75%，達(dá)到了AGMA三級(jí)齒輪等級(jí)。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）由于曲率半徑的差異，齒根滲碳硬化層深明顯均淺于齒面。

（2）增加預(yù)滲，延長(zhǎng)淬火保溫時(shí)間，提高淬火油的流速，三者同時(shí)作用，改善效果顯著：①齒根硬化層深由0.6mm增加到1.56mm，增加了約1.6倍。②齒根硬化層深/齒面硬化層深比值約為75%，滿(mǎn)足了AGMA三級(jí)齒輪（66%）的要求。

表2 方案1（常規(guī)工藝）

表3 方案2（淬火優(yōu)化）

表4 方案3（預(yù)滲、淬火優(yōu)化）

表5 不同工藝方案的結(jié)果對(duì)比