大型齒輪軸熱處理工藝的優化

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格。齒輪軸熱處理主要包括長時間高溫強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、形成明顯網狀;另一個問題是齒輪軸在熱處理過程中容易發生畸變，嚴重時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，生產效率低，故優化熱處理工藝、提高熱處理質量很有必要。

根據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、氮氣、氨氣。原料氣中水分、空氣含量大時，就會間接的帶入大量氧原子促使合金元素內氧化，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。淬火過程中，由于油品氧化以及攪拌不充分等因素導致蒸汽膜破裂時間增長，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化方案：一、采用零件豎放，氣孔朝上，使零件深入淬火油中時氣孔內氣體及時排放，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，定期保養設備以保證設備有良好的密封性。三、在保證不產生嚴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攪拌(提高電機轉數)來提高淬火冷卻速率和冷卻均勻性。四、在擴散后期通入氨氣，氨氣分解可以對滲層補充合金元素氮，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，畸變主要發生在淬火工序，由于內部熱應力和組織應力產生的時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變所引起的畸變。另外，對不可避免的組織轉變所引起的直徑縮小，可以采取1.5mm預留收縮余量的辦法。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到了控制畸變量的目的。