齿轮渗碳论文集

前面谈到，水溶性淬火剂主要用来降低水的低温冷却速度。而水溶性淬火液在使用中的变化趋势则正好相反，变化使低温冷却速度逐渐提高，企图恢复到不加淬火剂之前的程度。 普通机油在使用中的变化趋势，简单说就是开始时低温冷却速度逐渐降低、蒸气膜阶段逐渐缩短而中高温阶段的冷却速度稍有提高。使用时间增长，由于油的粘度进一步增高，油的中、高温冷却速度也将减慢，致使工件的冷却效果明显变差。

专用淬火油在使用中的变化比较复杂，它包含所加添加剂的变化和基础油的变化两部分，是这两方面变化的综合结果。不同的淬火油以及不同的使用条件，变化情况会有比较大的差别。有一点需要指出的是，在不受水污染的条件下，几乎所有的专用淬火油经过长期使用后低温冷却速度都会逐渐变慢[4]。当使用时间更长时，工件淬火效果也会明显变差。油的稳定性好，变质得慢；油的稳定性差，变质就快。

油的使用温度越高，油变质的越快。配备循环冷却系统，使油温稳定在适当范围，并通过槽内的循环搅拌防止局部过热等措施都可减慢油变质速度，延长油的使用寿命。

不同介质的变质快慢除受介质的品种不同和品质差异的影响以外，还有一个共同的影响因素，那就是相同时期内，淬火工件的量越多，淬火液变质就越严重。在许多情况下，这里所说淬火工件的量应当是指已淬火工件的总的表面积。工件越小，相同重量的总表面积就越大，淬火介质变质就越多。

管理问题也是影响齿轮淬火质量不可忽视的大问题。除了应当严格按工艺操作外，淬火介质的管理，尤其是防止污染关系重大。淬火油混进了水、水乳化在油中，往往造成淬火硬度不足或淬火开裂。相反，PAG淬火液中乳化进了油有时也会引起淬火开裂。

淬火介质的颜色、透明度等方面的变化可以反应出它的变质情况。测量淬火油的粘度、闪点、残炭、酸值等的变化也能确定变质程度。在变质造成的影响中，与工件的热处理效果关系最大的是冷却特性的变化。为了保证齿轮的淬火冷却效果，建议对所用淬火油和淬火介质作定期的冷却特性检测，并对介质的冷却特性进行管理，一般小工厂没有必要配备冷却特性测试仪，可以到配备了这种仪器的单位去测量。淬火介质生产单位应当为用户工厂进行这项检测。测定淬火介质的冷却特性，最好是使用符合国际标准（ISO9950）的冷却特性仪。分析介质的冷却特性应当看介质的冷却速度分布情况，而不是单看最高冷却速度值。最高冷却速度相同，或到300℃的冷却时间相同的介质，因为它们冷却速度分布情况不同，它们的热处理效果可能有很大差别。前面已经简单谈到介质冷却速度分布特点与其冷却效果的关系，详细内容可以参看本文后面的参考资料[5]。 在长期生产中记录同类工件的淬火硬度，硬化深度以及淬火变形情况，分析它们的变化趋势，使我们能了解淬火介质冷却特性的变化规律。有了这些记录，不仅能帮助我们控制介质的冷却特性，还可以帮助分析引起现场热处理事故的原因，从而及时解决该质量问题。 前面谈到，介质变质是不可避免的。使用时间不长、或淬入工件的量还不多时，变质程度较小，从工件的淬火效果上反应不出介质的变质问题。淬火量进一步增加，变质程度加大到工件淬火达不到要求时，变质问题就真正出现了。淬火量继续增大，变质更多，工件淬火质量就更差。水溶性淬火介质变质后可能出现的问题主要是工件淬火硬度过高以致工件淬裂。因此，水溶性淬火液变质程度可以从同类工件的淬火硬度的变化趋势上作监视，最好能在出现淬裂之前采取措施。专用淬火油使用中变质后，可能出现的问题主要是工件淬火硬度偏低、硬化深度不足和出现较大的变形。因此，可以根据工件的硬度和硬化深度的变化趋势对淬火油的变质程度进行监测。

淬火介质变质后，继续补加原来的新介质能不能使淬火液的冷却特性得到恢复呢？ 这个问题的回答是：有的介质能，有的介质不能。对于浓度可调节的水性淬火介质，如PAG类水溶性淬火液，在了解其变化规律的基础上[6]一般多能通过补加原来用的新介质使冷却特性恢复到新配时的水平。固定了配方比例的水性淬火液，不能。普通淬火油和专用淬

火油也不能。

淬火油变质后，只继续加入原来的新淬火油一般不能使油的冷却特性恢复到新油的水平。然而，在了解了油的变化规 律后，却可以通过改性添加剂使油的冷却特性得到恢复。 四、北京华立精细化工公司的淬火介质和技术服务

北京华立精细化工公司不仅生产可以替代外国产品的各种淬火油和PAG类水溶性淬火剂、提供长期的售后服务、为用户工厂使用中的淬火液作冷却特性检测，还提供技术和有关的产品，用来改造经过长期使用性能已经变差的国内外淬火油，使其基本恢复到原来新油的冷却特性水平。所有这些技术和产品都可以用来帮助工厂解决本文开头所列齿轮淬火冷却中的质量问题。

螺旋伞齿轮渗碳淬火变形的控制

王成进

Distortion Controlling for Spiral Bevel Gears after Carburizing and

Quenching

WANG Cheng-jin

中图分类号：TG156.35；TG156.8＋1 文献标识码：B 文章编号：0254-6051（2000）06－0026-01▲

我厂是生产齿轮的专业厂，其中年生产汽车后桥螺旋锥齿轮5万余套。多年来，汽车后桥从动锥齿轮渗碳后直接淬火的畸变问题一直没有解决。所以只好采用井式气体渗碳炉渗碳后缓冷，再二次加热压床淬火的工艺方法。但缓冷后二次加热不仅增加了能耗和工时，而且易造成齿轮的表面脱碳，明显降低齿轮的接触疲劳强度。此外压淬过程中齿轮内孔涨大、椭圆度超差的也占有相当比例，成对研磨时出现印痕偏移现象。现改为在箱式气氛炉中采用稀土低温渗碳直接淬火的工艺方法，不仅解决了齿轮的变形问题，使齿轮的热处理质量明显提高，同时也取得了较好的经济效益。

1 控制变形的措施

1.1 齿坯的预先热处理

齿坯锻造后的组织对切削加工及以后的渗碳渗火变形影响较大。常规的一次正火工艺易产生非正常组织以及硬度偏低等问题。为解决这一问题，我们试验成功了齿坯锻后余热等温正火工艺。这样处理后经检测，金相组织为较均匀的粒状珠光体及少量的铁素体。正火硬度为160～185HB，硬度的波动范围小，在随后的渗碳过程中无组织遗传现象。 1.2 齿轮的稀土渗碳直接淬火工艺

原工艺采用920℃渗碳，降至840℃淬火。为减小齿轮的变形，与哈尔滨工

业大学合作，在箱式可控气氛炉中成功地采用“稀土低温渗碳工艺”，工艺曲线见图1。与原工艺相比渗碳温度降低了40℃，渗碳时间平均每炉缩短1.9h。

图1 渗碳工艺曲线

1.3 齿轮直接淬火的专用工装及装炉方式

以图2所示的BJ121汽车后桥从动螺旋锥齿轮为例，材料为20CrMnTi钢。其技术要求为：渗碳层深度1.1～1.5mm，表面硬度58～64HRC，心部硬度33～48HRC，内孔圆度≤0.075，底平面的平面挠曲度内缘≤0.10，外缘≤0.06。此齿轮的辐板较薄，淬火时易产生平面翘曲。曾用加补偿环的办法，效果不理想。经反复试验改进，采用图3的工装和图4的吊挂方式，平面的翘曲变形最小。孔的椭圆度通过调整挂柱之间的距离L来保证，只要选择适当，可保证孔的圆度100％合格。

图2 齿轮简图

图3 淬火夹具示意图

图4 齿轮吊挂方式示意图

1.4 淬火冷却

淬火冷却直接影响渗碳齿轮的热处理质量。齿轮淬火时冷却不当，不仅造成硬度不足、软点等缺陷，而且对变形也影响较大。选择适当的淬火介质对减小齿轮变形极为重要。根据资料介绍，要想减小淬火变形，必须使工件在等温转变的中温转变区间急速而均匀地冷却，防止局部产生非马氏体组织，而在马氏体转变温度区间则应慢冷。为此我们在N46机械油中加入了今禹牌Y15T添加剂，配制成新的淬火油，改善了淬火油的冷却特性，从而有利于控制齿轮的变形。

2 生产应用效果

采用上述的措施，自1997年以来生产了8个品种8万多台套汽车螺旋锥齿轮，其内在质量和变形量均得到了控制。齿轮的渗层深度和硬度均达到图纸的要求。金相组织按ZBT 04001-88检查全部合格。碳化物1～3级，马氏体及残留奥氏体2～4级。对齿轮变形进行100％检测，平面挠曲内缘≤0.10的占98％，外缘≤0.06的占96％，内孔圆度≤0.075的占100％

通过控制内孔的椭圆度和平面的挠曲度，稳定了齿轮的变形。BJ121从动锥齿轮热处理后，正车面接触区位置与热处理前几乎无变化，倒车面接触区微向外缘方向移动，根据这一规律可通过冷热配合加以修正。

3 结论

（1） 齿轮采取锻后余热等温正火工艺，可获得较为均匀的粒状珠光体和铁素体组织。与常规正火工艺相比，不仅切削性能得到改善，且有利于减小变形。 （2） 采用稀土低温渗碳淬火工艺时必须与合适的工装配合才能获得减小螺旋锥齿轮变形的良好效果。

（3） 选择适当的淬火油，改善冷却条件，也是有效地减小齿轮变形的重要条件。■