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齿轮热处理变形及预防

时间:2014-04-07      阅读:256

变速箱齿轮在渗碳淬火过程中的变形问题一直是困扰和阻挠热处理生产的一大障碍,有效地控制热处理变形是降低成本和提高生产效率的有效手段。

     为了控制变形,一般企业都会严格控制原材料淬透性带宽、等温正火质量、渗碳淬火冷却,以及校直等工序质量,来保证渗碳淬火后变形规律性。

      1. 轴齿类零件变形预防及控制

       轴齿类的变形主要表现在两个方面:一方面是齿跳;另一方面是齿形、齿向变化。轴类产品渗碳淬火后要进行校直才能进行齿形齿向的检测,在实际生产中齿跳检测比较麻烦、效率低,因此一般厂家均采用测量相邻近部位轴向跳动来间接反映齿跳的大小。

在实际生产中我们也发现,变形的原因各不相同,有些是真正变形,有些是因为测量基准变化或遭到破坏而造成测量误差,后者往往表现为校直后齿跳检查合格,但齿向检测不合格。因此,在实际生产中要依据不同的情况进行分析解决和预防。

     案例一:某电动工具轴在多用炉渗碳淬火后变形不规律,造成后续校直工序难度很大。为了解决这个问题,我们更换了不同的装卡方式(见图1、图2),但实际效果不够理想。 
从装卡方式变换后的测量结果看,如果造成变形的主要原因不是装卡方式,那一定就是与淬火冷却有直接关系。为了验证这一设想,将图3所示的整炉产品从zui外层到里层逐根进行跳动检测,发现zui外层变形比例zui高,且具有方向性;到第三层以后变形明显降低。到底是加热影响、冷却影响还是加热和冷却双重影响?我们又进一步取小批量滚齿后产品加热到渗碳温度后保温30mi n拉到前室缓冷至室温,出炉后100%检测跳动,发现zui大跳动量均在0.02mm以下,这说明变形不是由于加热产生。那问题的关键就是淬火冷却过程的影响,结合该产品的装料方式和工装情况,加上前面试验结果综合分析,zui大可能就是淬火台下降开始淬火时,由于工件太小、装料密集,淬火油从下向上流动受阻,大量淬火油是从侧面向料盘*流动,这实际上就相当于外侧面的轴是“横着入油”淬火,必然在轴的两侧面因相变不同时性而造成宏观变形。

确认变形的主要原因后,在装料后四周加上挡板,保证淬火时淬火油强制由底部向上部流动,问题得到解决。渗碳淬火后84%工件不需要校直,12%工件跳动在0.02~0.05mm,仅有4%工件跳动在0.05~0.10mm,校直后100%符合技术要求。同时也大大地降低了校直工作量,提高了生产效率。

        案例二:某变速箱输入、输出轴,工艺试验时热前、热后变形规律很好,但成品发货抽检时,齿形、齿向检测结果很差,尤其是齿向交叉。

为了弄清楚问题所在,将同一批次的毛坯重新加工到剃齿后,送热处理进行工艺试验验证。按照惯例,随机取三根轴送P26(德国克林贝格仪器代号)检测齿形齿向,结果保存在仪器中;渗碳淬火、低温回火后清理抛丸,操作工手工用砂纸清理*孔后校直到齿跳合格,送P26检测,并把热前、热后检测结果叠加输出到同一张报告单上,变形结果规律,齿向位置度很小。将该小批量轴中的10根按正常生产流程流转,每道工序都专人跟踪,100%检测校直后齿跳全部合格,流到成品后100%检测齿形齿向,发现明显比同批中有热前、热后对比的要差,其中4根轴齿向有严重交叉,问题重现。我们分析,不可能是热前没有剃好,也不太可能是渗碳淬火时没抽查到的轴就正好变形超差了,一定是中间某个工序出了问题。经过分析认为,可能是*孔渗碳淬火时变形或者研磨*孔时将其破坏,虽然校直后齿跳合格,但剃齿*孔和渗碳淬火后检测用*孔已经不重叠,导致检测齿向交叉。为了验证这个结论,将同炉中剩余的17根轴轻微研磨*孔后校直合格,立即送P26检测,其结果全部合格,与热处理工艺试验的zui终结果一致,说明问题就是出在*孔的研磨上。

     一、过热现象

    我们知道热处理过程中加热过热zui易导致奥氏体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。

     1、一般过热:加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

     2、断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MNS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面,而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出,受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。

     3、粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

     二、过烧现象

     加热温度过高,不仅引起奥氏体晶粒粗大,而且晶界局部出现氧化或熔化,导致晶界弱化,称为过烧。钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复,只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

     三、脱碳和氧化

     钢在加热时,表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应,降低了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低,而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。加热时,钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。为了防止氧化和减少脱碳的措施有:工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)

     四、氢脆现象

    高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆,采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。象现在的连续热处理炉淬火后及时回火处理时可在回火过程中兼顾驱氧处理,跟据目前的使用和统计情况看在连续式可控气氛热处理炉所处理的产品一般是不会出现氢脆现象的。

     当然,任何事都有它的两面性,实际工作中有人利用此现象来为人服务(如合金的粉碎处理等)。

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