齒輪(lun)淬火變形的分析(xi)和對(dui)策

7T火車(che)后橋(qiao)錐齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)是(shi)汽車(che)傳遞動力和改變速(su)度的重(zhong)要零(ling)件，工件材料為(wei)22CrMOH鋼。生產中發現(xian)，齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)熱處理(li)后部分工件出現(xian)貫穿(chuan)性裂紋(wen)，另(ling)外一些(xie)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)發現(xian)起邊超差缺陷(xian)，造(zao)成不少(shao)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)失效(xiao)報(bao)廢。

錐(zhui)齒(chi)輪(lun)要(yao)求滲(shen)碳層(ceng)深度為(wei)1.7-2.1mm，碳化物為(wei)1-5級(ji)，馬氏(shi)體和殘留(liu)奧(ao)氏(shi)體為(wei)1-5級(ji)，表面硬(ying)度為(wei)60-64HRC，芯部(bu)(bu)硬(ying)度為(wei)35-40HRC。檢(jian)驗(yan)發現(xian)齒(chi)輪(lun)花鍵根部(bu)(bu)應力(li)集中部(bu)(bu)位(wei)是裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)源處(chu)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)沿軸(zhou)向擴(kuo)展貫穿(chuan)軸(zhou)頸本體，部(bu)(bu)分(fen)主(zhu)動齒(chi)輪(lun)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)嚴重(zhong)貫穿(chuan)齒(chi)根與齒(chi)頂處(chu)，開裂(lie)(lie)(lie)(lie)特征明顯。金相組織(zhi)(zhi)檢(jian)驗(yan)發現(xian)，主(zhu)動齒(chi)輪(lun)帶(dai)狀組織(zhi)(zhi)中鐵素(su)體帶(dai)處(chu)是裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)展并與帶(dai)狀組織(zhi)(zhi)平行。部(bu)(bu)分(fen)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)呈(cheng)鋸(ju)齒(chi)狀形貌，同事(shi)出現(xian)嚴重(zhong)的次生裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)，部(bu)(bu)分(fen)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)呈(cheng)碎(sui)裂(lie)(lie)(lie)(lie)狀形貌。

分析(xi)認為(wei)，從動(dong)齒(chi)(chi)輪畸變(bian)(bian)超差(cha)失效是因工件(jian)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)均勻性(xing)差(cha)，帶(dai)(dai)狀組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)嚴(yan)(yan)重(zhong)(zhong)引起的(de)(de)，工件(jian)在熱處理中(zhong)各(ge)個(ge)部位(wei)(wei)膨脹系數(shu)以及(ji)相(xiang)變(bian)(bian)比體積變(bian)(bian)化差(cha)異大，引起較大的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應力，造成工件(jian)畸變(bian)(bian)過(guo)大超差(cha)而(er)失效。主動(dong)齒(chi)(chi)輪出現軸向(xiang)裂紋系因帶(dai)(dai)狀組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)嚴(yan)(yan)重(zhong)(zhong)超差(cha)造成的(de)(de)。由于帶(dai)(dai)狀組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)嚴(yan)(yan)重(zhong)(zhong)，相(xiang)鄰(lin)部位(wei)(wei)顯微組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)不同，差(cha)異很大，在外力作用下(xia)，性(xing)能(neng)薄弱處和強弱帶(dai)(dai)間適(shi)應力集中(zhong)處，該處力學性(xing)能(neng)低(di)而(er)各(ge)向(xiang)異性(xing)明顯，并且處于高應力作用，其橫向(xiang)強度(du)(du)比縱向(xiang)斷(duan)裂強度(du)(du)明顯低(di)下(xia)，在熱處理中(zhong)產生的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應力和熱應力作用下(xia)，主動(dong)齒(chi)(chi)輪在應力集中(zhong)薄弱區域萌生裂紋并擴展快(kuai)裂。

根據以上分析，提出工藝改進措施如下：

（1）生產(chan)中從首工序(xu)嚴吧材料檢驗(yan)質(zhi)量關口，要(yao)求帶狀組織≤3級，其他各項技術(shu)參(can)數(shu)，性能(neng)指標合格，無縫鋼管內壁淬火機型號齊全，不允許不合格材料混入生產(chan)流程。

（2）齒輪鍛件毛坯(pi)件應進(jin)行金相(xiang)檢驗，帶狀組織(zhi)≤3級的合(he)格坯(pi)件可(ke)進(jin)入加工程序(xu)，防止不合(he)格鍛件進(jin)入再加工工序(xu)。

（3）建議鋼廠個鍛造(zao)廠采用新技術工(gong)藝(yi)，提高鋼材(cai)和(he)鍛件(jian)毛坯組(zu)(zu)織性能質量，為減(jian)少(shao)和(he)消除齒輪組(zu)(zu)織缺(que)陷和(he)畸變(bian)裂(lie)紋缺(que)陷失(shi)效(xiao)奠定(ding)基礎。

金屬(shu)配(pei)件使用高頻淬火的(de)好(hao)處

一方面高(gao)頻淬(cui)火(huo)的(de)好處體現在(zai)應(ying)用范圍

1、高(gao)頻淬(cui)火也可以稱作高(gao)頻退火機(ji)，鋼(gang)材生產企(qi)業(ye)各類線(xian)材、帶鋼(gang)淬(cui)火、退火、調質等熱處(chu)理生產線(xian)，帶自動閉環溫控系(xi)統，實(shi)現溫度控制。

2、透(tou)熱成型（高頻(pin)淬(cui)火(huo)設備(bei)可以稱(cheng)作(zuo)高頻(pin)加熱爐，高頻(pin)透(tou)熱爐）

A、各類(lei)標準件(jian)、緊固件(jian)、機械零配件(jian)、五金工具、直柄麻(ma)花鉆的熱鐓、熱軋。

B、金屬材料加熱退(tui)火(huo)。如：鋼(gang)管拉伸(shen)、彎管、砸頭；鐵絲、鋼(gang)絲加熱制(zhi)釘；不(bu)銹鋼(gang)制(zhi)品退(tui)火(huo)、漲型。

3、熱處理（高頻淬火處理）

各(ge)類(lei)五金(jin)工具、電動、液壓、氣(qi)動元件、汽、摩配等機(ji)械金(jin)屬部件的表面、內孔、局部或整體淬(cui)火(huo)。如：錘、刀、剪、鉗及各(ge)類(lei)軸、凸輪、鏈輪、齒輪、氣(qi)門、球(qiu)頭銷、大型(xing)機(ji)床導軌、球(qiu)墨鑄鐵的淬(cui)火(huo)，各(ge)種金(jin)屬線(xian)材熱處理流水線(xian)。

4、釬焊(han)（高頻(pin)焊(han)機，高頻(pin)釬焊(han)設備(bei)）

各類硬質合金刀頭、車刀、銑(xian)刀、 刨刀、鉸(jiao)刀、金剛(gang)石鋸(ju)片、鋸(ju)齒的焊接；磨具、鉆具、刃具的焊接；黃銅、紫銅、不銹鋼鍋(guo)底等(deng)金屬(shu)材料的復合焊接。

5、金屬熔煉(lian):熔煉(lian)金、銀(yin)、銅等。

6、其它加熱領域

FW250分度(du)頭(tou)主(zhu)軸采(cai)用高頻淬(cui)火(huo)設(she)備(bei)進行熱處理的具體工(gong)藝

FW250分度頭主(zhu)軸的材料為(wei)45鋼。熱(re)處理技(ji)術(shu)要求：除法蘭盤與中部硬度≤30HRC，其余為(wei)45-50HRC。為(wei)滿足(zu)其技(ji)術(shu)要求，采用高頻淬火設備進(jin)行熱(re)處理，效果良(liang)好(hao)。

（1）工(gong)(gong)藝流程 下料(liao)一(yi)(yi)鍛造一(yi)(yi)正火(huo)一(yi)(yi)粗加(jia)工(gong)(gong)一(yi)(yi)調質(zhi)一(yi)(yi)機械加(jia)工(gong)(gong)一(yi)(yi)φ48.2mm段局部淬(cui)火(huo)、回火(huo)一(yi)(yi)機械加(jia)工(gong)(gong)一(yi)(yi)感應淬(cui)火(huo)、回火(huo)一(yi)(yi)精加(jia)工(gong)(gong)。

（2）熱處理工藝

1）正火(huo)。采用高頻淬(cui)火(huo)設(she)備，加熱溫度(du)為830-850℃，出爐(lu)空冷。

2）調質。毛(mao)坯經粗加(jia)工后進行調質處理。其淬(cui)火加(jia)熱溫(wen)度(du)(du)為(wei)820-840℃，先水淬(cui)30s左右再入(ru)油冷卻(que)；高(gao)溫(wen)回(hui)火溫(wen)度(du)(du)為(wei)610-630℃，空冷。淬(cui)火硬度(du)(du)≥50HRC，回(hui)火后硬度(du)(du)為(wei)235-265HBW。

3）φ48.2mm尺寸(cun)局(ju)部(bu)(bu)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)、回(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)。選用高頻(pin)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)設備進行局(ju)部(bu)(bu)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)。其淬(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)加熱(re)溫(wen)度為(wei)(wei)820-840℃，先水淬(cui)20s左右(you)再入油(you)冷卻；回(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)加熱(re)溫(wen)度為(wei)(wei)340-360℃。

局部淬(cui)火部位硬度為45-50HRC，徑向圓跳動不大于加工余(yu)量(liang)的1/2。

4） 法蘭盤與中(zhong)部感應淬(cui)火(huo)、回火(huo)。采(cai)用高頻淬(cui)火(huo)設備(bei)，感應器選(xuan)擇(ze)自噴水式(shi)結(jie)構，其內徑為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)淬(cui)火(huo)部位外徑+（4-6mm）。淬(cui)火(huo)冷卻介質為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)清潔水。其淬(cui)火(huo)加熱(re)溫度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)880-900℃，陽(yang)極電(dian)壓為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)13.5kV，陽(yang)極電(dian)流為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)6A，屏極電(dian)流為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)1.2A，主軸連續(xu)淬(cui)火(huo)的(de)相對移(yi)動速度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)100mm/min。回火(huo)溫度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)280-300℃，回火(huo)后，硬(ying)度(du)＜30HRC。

5）校直(zhi)。對個別畸變超(chao)差件，可采(cai)用200kN液壓校直(zhi)機校正。校直(zhi)后進行低(di)溫回火，以消(xiao)除殘余(yu)應力。