影响齿轮热处理畸变因素

　　齿轮热处理畸变的因素有很多。例如，如果齿轮锻坯正火后有由粗大奥氏体晶粒产生的组织存在，渗碳加热时又会因组织遗传形成粗大晶粒，淬火时这部分的淬透性会大于细小晶粒的部分，这样会使淬火内应力分布不均，而使齿轮热处理畸变增大。此外，在加热过程中，正火组织在向奥氏体转变时，由于铁素体+珠光体与奥氏体组织的比容不同，因此，如果齿轮毛坯正火处理的原始组织不均匀，则在加热过程中，会因其转变的速度不同引起不均匀的体积变化，从而导致畸变。

       1.钢中的碳含量

　　碳含量对齿轮淬火时的翘曲变形和体积变形影响最大。

　　2.钢中的合金元素

　　钢中的合金元素对齿轮畸变有很大影响，如C、Mn、Ni、Cr、Mo等增加淬透性和畸变倾向。钢中的合金元素如铬、锰、钼、硅、镍和钛可以减少变形。

　　3.钢的淬透性

　　钢的淬透性越高，畸变越大；淬透性越小，淬火变形越小。

　　4.齿轮形状和截面尺寸

　　齿轮设计形状不对称，截面均匀性差；齿轮设计的辐条刚度差；齿轮设计中工艺孔位置不当会增加齿轮的热处理畸变。

　　5、钢的原始结构

　　1)钢的组织不均匀性对热处理畸变有很大影响。此外，钢中的显微组织不均匀，组织粗大，有大量的偏析、网状组织等。淬火后畸变增大。

　　2)由于带状组织、偏析等缺陷的存在，成为导致齿轮畸变的重要因素之一。

　　3)钢锭宏观偏析往往导致钢材截面上出现方形偏析，从而往往导致盘形齿轮淬火变形不均匀。

　　4)方形连铸坯生产的齿轮在热处理过程中变形均匀；矩形连铸坯产生的齿轮热处理畸变具有明显的方向性，对齿轮热处理畸变影响很大。

　　5)固有晶粒越细，齿轮淬火后的畸变越小。

　　6)如果正火后的齿轮毛坯原始组织不均匀，齿轮的热处理会发生畸变。

　　6.伪造

　　1)全锻造有助于减少变形。特别是锻造后，可以形成合理的金属流线组织，减少热处理的畸变。合理锻造还可以减少偏析，组织均匀，改善带状组织，减少热处理畸变。

　　2)当金属没有充满模具型腔时，最终的热处理变形会不一致。

　　3)锻造齿轮毛坯时，由于高温加热，变形不均匀，终锻温度高，齿轮的热处理畸变会增大。

　　7、毛坯制备热处理

　　1)齿轮毛坯的初步热处理可以减少最终热处理的变形。采用正火正火时，热处理的畸变大于等温正火。

　　2)齿轮毛坯在淬火前进行调质处理。淬火后畸变规律性强，绝对畸变会降低。

　　8.残余应力

　　齿轮的加工会产生应力，容易造成金属变形。在齿轮加热过程中，不仅会发生热应力引起的畸变，而且内应力的释放也会引起畸变。

　　9.淬火和加热过程

　　1)直径或厚度较大的齿轮在加热温度下可能产生的最大应力，从而引起较大的变形。

　　2)在很多生产情况下，在装炉初期，各部位存在较大的温差，产生的热应力足以在最先达到高温的部位引起塑性变形，造成局部扭曲。

3)加热不均匀(包括快速加热)对细长轴齿和片状齿轮的翘曲变形影响很大。

　　4)一般情况下，当加热不均匀时(如发热元件直接温度)，齿轮内部温度高的一面往往出现凹陷，冷却后产生弯曲变形。

　　5)加热速度会直接影响加热过程中热应力的形成，进而引起齿轮变形。

　　10、冷却

　　1)淬火冷却速度和淬火冷却介质

　　冷却能力越大，淬火强度(H)越强，齿轮(或不同厚度的零件)内外温差越大，产生的应力越大；

　　淬火冷却介质的种类、冷却性能和淬硬能力与畸变有关。

　　2)冷却不均匀

　　齿轮结构、齿轮夹紧和淬火冷却介质特性引起的变形。

　　3)淬火冷却介质的温度

　　一般来说，当淬火冷却介质(如淬火油)的温度适当提高时，齿轮热处理的畸变减少。

　　11、淬火操作

　　1)齿轮夹紧和支撑方式

　　齿轮装炉时的夹紧和吊挂方式、吊具及其支撑方式也与齿轮的畸变有很大关系，特别是对于内径和外径较大的薄壁齿圈，除了内径和外径的膨胀和收缩外，往往使圆度超差。如果装炉不当，容易造成较大的高温蠕变，同时会影响淬火时淬火冷却介质的流动和齿轮冷却的均匀性，从而影响畸变和畸变的均匀性。

　　2)淬火加热温度和加热均匀性

　　淬火加热温度对翘曲变形的影响远大于对体积变形的影响。提高淬火温度一般会增加齿轮变形；

　　加热不均匀导致的变形。

　　3)重复淬火

　　对于因热处理质量差的齿轮，如果在修复过程中重复淬火，随着淬火次数的增加，畸变会叠加。

　　4)淬火和冷却的影响

　　齿轮冷却速度快，同时发生体积膨胀。如果冷却不均匀，会造成更大的扭曲。

　　双重介质淬火或分步淬火在第一介质中的停留时间长；淬火冷却介质流动性过大对齿轮有影响等因素，都对齿轮热处理畸变有一定影响。

　　5)操作因素

　　这往往与操作时违反工艺规定有关。比如齿轮在卸料过程中相互碰撞；当齿轮碰到炉子、炉体、炉门或其他硬物时，会造成齿轮变形；齿轮从炉中淬火时，运转不稳定，晃动大，会增加齿轮的畸变，特别是细长齿轮轴和薄板齿轮。

　　12、回火、冷处理和时效

　　1)回火

　　回火改变了齿轮的尺寸，主要是结构转变引起的。

　　2)冷处理

　　对于合金元素含量高的齿轮或精密齿轮，一般进行零下温度的冷处理，使残余奥氏体进一步转变为马氏体，从而呈现尺寸增大的畸变趋势。淬火温度越高，冷处理后的尺寸膨胀越大。

　　3)时效处理

　　在齿轮淬火组织中，残余奥氏体量是导致时效变形的主要原因。在自然时效中，应力由于氢的逸出而松弛；自然时效过程中应力的松弛和释放可能导致非常少量的残余奥氏体相变。