硬齒面齒輪的熱處理工藝問題分析

   齒輪是機械機構傳動中最為重要的元件之一，它在汽車、航天航空、船舶、機床、工程機械、輕工機械、冶金機械、儀器儀表等領域廣泛應用。隨著機械傳動裝置設計對齒輪在硬度、強度、耐磨性、使用壽命和傳動噪聲等方面要求不斷提高，傳統軟齒面齒輪已無法滿足，硬齒輪齒面被廣泛采用。

  硬齒面齒輪是采用合金鋼材，應用相應熱處理工藝至輪齒表面硬度45HRC以上的齒輪。齒輪表面硬度提高的熱處理工藝主要有滲碳、氮化、碳氮共滲、表面淬火、噴丸、表面鍍膜，等離子沉積、表面冶金強化、涂層等。針對汽車變速箱所用的齒輪，要求齒輪的齒面具有足夠高的表面硬度、耐磨性等。齒輪心部還需具有足夠的韌性，同時齒輪制造精度要求高，在實際工作中要求齒輪傳動噪聲還要低。為此，硬齒面齒輪的熱處理工藝及其機械加工工藝的合理設計十分必要。現已汽車齒輪多采用20CrMnTi材料為研究對象，分析硬齒面齒輪的熱處理工藝問題。

  20CrMnTi是中淬透性低碳合金鋼，常采用汽車變速箱齒輪等。汽車變速箱齒輪要求具備較大承載能力、耐磨性好、使用壽命長等，傳統的20CrMnTi低碳合金鋼制造硬齒面齒輪的熱處理工藝為，齒輪通過表面滲碳淬火處理后，硬齒輪齒面硬度為30—45HRC。硬齒面輪齒表面組織應為回火馬氏體+殘余奧氏體+硬化物，齒輪中心部為組織應為鐵素體+細珠光體+低碳回火馬氏體。

  在硬齒面齒輪熱處理工藝過程中，影響20CrMnTi鋼齒輪熱后變形的因素有溫度、冷卻速度、時間和滲碳碳勢等。硬齒輪齒面熱處理工序分別為正火、滲碳、淬火、低溫回火等。齒輪工件從毛坯下料后進行鍛造，微公益節省能源和縮短生產周期，共建在鍛造過程中采用鍛造余熱進行正火，正火的目的可以改善鋼的切削加工性能、提高其機械性能，并能消除鍛造等加工缺陷等。正火工藝是20CrMnTi低碳合金鋼齒輪制造必不可少的重要熱處理環節。在實際生產中通過鍛造余熱直接進行正火易造成時間不足，從而影響正火質量。試驗表明，由于正火工藝不當，消除或減輕帶狀組織的效果不明顯，從而影響齒輪內孔漲大變形量及規律性。

  為此，在硬齒面齒輪工件正火后安排齒形機加工過程中，應現對工件內孔及其端面進行粗精加工，從而矯正正火工藝導致工件內孔的變形，并為工件在滾齒機床以精基準內孔定位進行爭取的齒輪加工，內孔鍵槽待內孔加工后在拉床或插床上完成。