通常制作齒輪的毛坯材料需要經(jīng)過鍛造,以消除鋼中的碳化物偏析,有利于得到合格的金相組織和性能,確保齒輪在復(fù)雜載荷下工作所需要的強(qiáng)度和沖擊韌性,一般的流程為:剪切下料—鍛造—正火或調(diào)質(zhì)—車外圓和拉孔—去應(yīng)力退火—精加工(拉、插、銑、刨等)—滲碳、低溫氮碳共滲。
齒輪的預(yù)備熱處理是指對(duì)成形的齒坯進(jìn)行常用的熱處理,即退火或正火處理與調(diào)質(zhì)處理。正火或退火一般是安排在鑄造或鍛造之后,即粗加工前進(jìn)行,目的是獲得良好的切削加工性、消除鋼件鍛造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、細(xì)化晶粒和改善組織等,減少淬火時(shí)變形和開裂的傾向。正火溫度為900~970℃,硬度為156-269HBW。調(diào)質(zhì)處理的目的也是為了細(xì)化晶粒和組織的均勻。由于獲得了回火索氏體組織,因此齒坯的韌性更高,該工序一般安排在粗加工后(如低碳鋼)。另外對(duì)部分齒輪進(jìn)行去應(yīng)力處理,可起到穩(wěn)定組織和減少變形的作用。
齒輪毛坯的預(yù)備熱處理工藝見表1-1。
材料牌號(hào) | 正火工藝規(guī)范 | 硬度(HBM) | 顯微組織 | 備注 |
20Cr | 正火900-960℃空冷或風(fēng)冷 | 156-179 | 均勻分布的片狀P+F |
(1)推薦采用高于滲碳溫度30-50℃加熱 (2)為了改善切削加工性和提高加工質(zhì)量,采用下列措施 2.1提高正火溫度,快速冷卻2.2采用等溫退火工藝 |
20CrMo 20CrMnTi 20SiMnVb |
正火920-1000℃(常用920-970℃) | 156-207 | 粒狀或細(xì)片狀P+少量F | |
20CrMnMo 20CrNi3 20Cr4Ni2Mo 20Cr2Ni4A 18Cr2Ni4WA |
正火880-940℃ 回火650-700℃ |
171-229 其余為207-269 |
||
20CrNi4A 18Cr4Ni4WA |
回火640℃(6-24h)空冷 回火880-940℃空冷 回火650-700℃ |
207-269 | ||
40Cr 40Mn2 |
回火860-900℃空冷 | 179-229 | 均勻分布的片狀P+F |
對(duì)于滲碳齒輪而言,通常的熱處理工序?yàn)椋呵謇砹慵砻妗b爐—滲碳、淬火—中間檢驗(yàn)—清洗—回火—校花鍵孔。
通常,調(diào)質(zhì)齒輪的特點(diǎn)是尺寸與重量大,設(shè)計(jì)、加工以及熱處理比較容易,在工作過程中易跑合,要求齒根強(qiáng)度高和抗沖擊能力強(qiáng),因此在要求不嚴(yán)格的重型齒輪傳動(dòng)中,該類齒輪有比較大的比例。常見調(diào)質(zhì)齒輪材料和熱處理工藝如下:
1.預(yù)先熱處理
調(diào)質(zhì)齒輪的坯料熱加工變形后,需要進(jìn)行預(yù)先熱處理以降低硬度、改善切削加工性以及因鍛、軋等不當(dāng)而產(chǎn)生的晶粒粗大與帶狀組織,消除熱加工時(shí)造成的組織缺陷、細(xì)化晶粒,從而為齒輪的熱處理做好準(zhǔn)備。
通常的預(yù)備熱處理包括正火或退火處理,對(duì)于碳鋼以及低合金鋼,則采用正火或退火處理;對(duì)于合金鋼或淬透性較高的鋼,則采用正火+高溫回火或正火+高溫退火。
2.調(diào)質(zhì)處理
為了獲得所要求的組織與性能,需要對(duì)調(diào)質(zhì)齒輪進(jìn)行淬火+高溫回火處理,以獲得具有良好綜合力學(xué)性能的索氏體組織。齒輪加熱完畢,應(yīng)考慮鋼的淬透性、變形與開裂傾向等,在確保淬透、有效控制變形與避免開裂的前提下,來選擇的淬火冷卻介質(zhì)。
高溫回火時(shí)需要考慮鋼的第二類回火脆性問題,對(duì)于無此脆性的碳素鋼采用高冷時(shí),而針對(duì)合金鋼齒輪則要回火結(jié)束后在水中或油中快速冷卻。
表1-2 常用調(diào)質(zhì)齒輪的熱處理工藝
鋼號(hào) | 淬火溫度 | 硬度要求(HBM) | 有無回火脆性 | ||
回火溫度/攝氏度 | |||||
180-220 | 220-260 | 260-300 | |||
35 | 850-870℃ 水淬 | 550-570 | 540-560 | - | 無 |
40 | 840-860℃ 水淬 | 560-580 | 550-570 | - | 無 |
45 | 830-850℃ 水淬 | 570-590 | 560-580 | - | 無 |
50 | 820-840℃ 水淬 | 600-620 | 570-590 | 510-530 | 無 |
55 | 810-830℃ 水淬 | - | 590-610 | 530-550 | 無 |
40Cr | 840-860℃ 油淬 | - | 590-610 | 560-580 | 有 |
50Cr | 830-850℃ 油淬 | - | 580-600 | 550-570 | 有 |
55Cr | 820-840℃ 油淬 | - | 590-610 | 560-580 | 有 |
35CrMo | 850-870℃ 油淬 | - | 580-600 | 540-560 | 無 |
35SrMn | 860-880℃ 油淬 | - | 580-600 | 540-560 | 無 |
34CrMoA | 850-870℃ 油淬 | - | 610-630 | 570-590 | 無 |
42CrMo | 840-860℃ 油淬 | - | 590-610 | 550-570 | 無 |
42SiMn | 840-860℃ 油淬 | - | 590-610 | 550-570 | 有 |
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