齿轮淬火工艺

1、齿轮(40Cr)中频淬火工艺研究齿轮(40Cr)中频淬火工艺研究1刖言运输机减速器齿轮直径较大、强度要求高、齿面硬度HRC4853, 材料为40Cr。齿轮形状见附图齿轮外径5 302. 32mm;齿宽45 m m;模数315 mm。这种大直径齿轮工作时负荷较重，轮齿要求强度 高。采用高频加热淬火硬化层浅，不易保证强度要求。对齿轮技术要 求分析后采用中频加热喷水淬火，喷水冷却是否会带来齿轮的开裂 或变形，需要对40Cr钢齿轮具体情况进行具体分析。2采用水冷淬火的可行性在长期生产过程中，40Cr钢制齿轮多采用油淬火。其原因首先是40 Cr钢在冷却速度较缓慢的冷却介质(如油)中进行淬火，就能够避开

2、奥氏体等温转变曲线鼻部，达到40Cr钢淬火应达到的硬度。其次是 用水进行淬火冷却时，冷却速度快，易造成零件的热应力、组织应力 增大、零件的变形增大甚至开裂。采用其他冷却介质，例如聚乙烯醇水溶液、皂化液、氯化钙水溶液等， 都有许多不便之处。40Cr钢连续冷却曲线分析在不同冷却速度下得到不同的硬度。冷却速度为45 C os时硬度可 达 HRC58。硬度要求一般 HRC4045、HRC4542、HRC4852或2HRC52。要达到这些范围的硬度，只要冷却介质的冷却速度45 Cos,再经一定温度回火就能达到要求的硬度。油、水、乳化液 等冷却速度都远高于45 C。s。问题是如何尽可能减少淬火变形和 开裂

3、;40Cr钢的M s点是345 C;M f点是160C。在淬火冷却时 只要避开奥氏体转变危险区冷却至345 C以下，奥氏体就会发生向 马氏体组织的转变。若在水中冷却至250 C左右再进行空冷，齿轮 的硬度达到HRC50以上是有把握的;由于淬火冷却过程是连续的， 给淬火硬化创造了有利条件。确定大齿轮淬火喷水冷却的停喷水温度 在250 C左右。停止喷水温度高于250 C时，已形成的马氏体有被 回火的可能，造成硬度不足。停止喷水的温度低于250 C则由于冷 却速度太快，奥氏体向马氏体转变量太多而导致组织转变应力较大。 另一方面由于中频加热热量透入深度有限，齿轮本身蓄热不大，齿轮 表面温度达到250

4、C时，心部温度也不会太高，从心部传至表面的 热量不会很多，不致造成齿轮表面温度较多的回升使表面回火而影 响表面硬度。当齿轮在空气中缓慢冷却下来以后，残余奥氏体逐步向 马氏体转变。冷却至160 C时，奥氏体基本全部转变为马氏体，此时 应及时回火。(2)变形情况分析冷却介质冷却速度越快所形成的应力越大，造成淬火齿轮变形开裂 的倾向越大。40Cr齿轮采用淬火冷却至250 C后出水空冷，未转变 的部分奥氏体向马氏体转变时的冷却速度大大降低，减小了这部分 奥氏体向马氏体转变的组织应力。空冷对水冷时形成的热应力和组织 应力有部分回火消除作用。这样处理完全可以保证齿轮表面的硬度 且齿轮的淬火变形小，达到了热

5、处理技术要求。3中频加热淬火工艺运输机减速器齿轮淬火加热采用经过改造后的DGFC2208中频感 应加热设备，无输出变压器。单台变频机组功率100 kW ,变频机组 输出频率8000 Hz,变频机组的功率直接输出到加热感应器。感应器 内径5 320mm;匝数10匝；高70mm左右。冷却喷水圈直径450 mm;喷水圈高度80 mm。中频加热淬火喷水冷却的工艺参数详见附 表：附表项日 单位参数 TOC o 1-5 h z 中频输出空载电压/V720加热时间/s100 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 预冷时间/s10喷水冷却时间 /s 18回火温度/C

6、260回火时间 /min 120齿轮加热时，中频机组输出电压720 V，输出电流120 A。随着 加热时间的延长齿轮表面温度升高，机组输出电压随之降低，最低电 压值650V。齿轮加热过程中，机组功率因数控制在01860192。 当加热过程功率因数滞后达0186时投入两个电容，每个电容容量1 60 kF,共计320 kF。日测齿轮表面860880 C之间，齿根温度不 低于860 C时加热完成，随后预冷10 s,这时齿轮温度大约800C, 高于40Cr钢A r3温度，紧接着喷水冷却，喷水压力012M Pa。冷 却18 s停止喷水空冷。此时测齿轮表面温度250 C左右。空冷2 m in后，测齿轮表面温度200 C左右。在空气中冷却至160 C后 及时回火。热处理后检测齿轮表面硬度HRC5052,金相组织完全 合格。齿轮公法线锥度在01033mm以下，公法线长度，公法线变动 量也完全达到技术要求。4结语40Cr钢齿轮采用中频感应加热喷水淬火是可行的。只要严格控制操 作过程