機械齒輪鋼滲碳熱處理變形行為分析

楊鑫+張笑康+劉美莉

摘 要：本文主要是以20cr2ni4a以及釩位合金的齒輪鋼為主要研究對象，在對不同類型的淬火進行使用，以此達到變形的目的。還對滲透碳熱處理的碳深度以及組素質(zhì)演變的規(guī)律進行了較大的深入化的研究。從這個方面可以看到，伴隨著淬火這種方式的使用，空冷一直到水冷再到油冷，整個齒輪使用的變形程度都是逐漸上升的趨勢。油淬火在整體處理之后齒輪鋼的硬化程度上要比孔淬火處理低。在整體油淬火處理之后，齒輪鋼組織當中含有的一些細小的馬氏體組織就會比顯微的硬度要高。以下對機械齒輪鋼滲碳熱處理變形的基本行為進行研究分析，借此希望能夠?qū)I(yè)發(fā)展起到積極的促進性作用。

關鍵詞：機械齒輪；鋼滲碳熱；處理；變形行為；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.044

齒輪是機械設備當中非常重要的零部件，具有較強的傳遞動力，對齒輪進行制造主要使用的鋼的種類有調(diào)制剛、淬火鋼以及滲碳鋼等等，這些齒輪使用的鋼在強度上都非常大，具有較強的耐磨性還能夠抵抗沖擊力，因此能夠讓齒輪在機械設備當中長期的安全的穩(wěn)定的使用。要想讓齒輪的綜合性能得以有效的發(fā)揮就需要對齒輪進行鋼滲碳熱化處理，世界上的每一個國家在對鋼種的使用上都有一定的要求，并且也在制定和完善的過程中有了相應的處理技術，因此本文主要是對機械齒輪中的額鋼滲碳熱變形處理技術進行研究和分析。

1 實驗所用的材料和方法

在我國的齒輪鋼使用過程中主要是以20cr2ni4a為原型的，在真空感的熔煉過程中使用V合金的齒輪鋼冶煉，實驗所使用的為A組位合金化鋼，還有B組未微合金化鋼[1]。這兩種實驗都使用了鋼鍛造的方式進行直徑大約為60毫米的圓棒形狀獲取。在做好截取工作之后還需要使用700攝氏度的高溫進行退火處理，對照AB兩個樣式的鋼毛坯淬火處理技術，溫度都需要在900攝氏度左右，時間大約為一個小時，然后還要在180度的溫度中進行回火的處理，時間為兩個小時。淬火冷卻這樣的方式可以使用水淬，以及油淬還有空淬。在退火之后還需要使用鋼棒創(chuàng)建缺口，缺口為C類型的，之后做好滲碳的處理。滲碳使用的是游標的卡尺對每一個缺口的寬度進行測試，然后經(jīng)過滲碳處理之后進行冷卻的處理，以此讓變形有一定的依據(jù)。試樣在熱處理之后還需要使用電子類型的拉伸機進行拉伸的測試，距離保持在30毫米左右，在拉伸的速度上也需要保持在每分鐘兩毫米，使用沖擊試驗機器進行沖擊試驗的過程中，能夠測得常溫下的沖擊功值。硬度主要是使用維式硬度針，并且設定載荷為100克，時間為20苗的，相應的打磨之后，還需要進行拋光的處理，使用大約4%硝酸酒精在顯微鏡下進行觀察[2]。

2 結果的分析

2.1 滲碳熱變形的影響分析

滲碳熱處理之后能夠看到兩種剛才的關系，淬火方式的改變主要是從空冷一直到水冷，再到油冷，并且兩種剛才在變形的效率上也是呈現(xiàn)上升的局面。在不同的淬火方式下，齒輪鋼的變形率A組要比B組低。A組在使用鋼的空淬狀態(tài)下所表現(xiàn)出來的變形率為0.34%，經(jīng)過水淬的方式之后上升到2.9%，如果是油淬的方式為3.8%。在B組當中如果是空淬，那么變形率就是0.52%，水淬的方式變形率為3.7%，油淬的方式變形上顯現(xiàn)為4.5%。這樣就能夠清楚的看到，兩種齒輪鋼油淬可能出現(xiàn)變形的概率更高，這樣也可以通過淬火的方式獲得變形，最后引起工件尺寸方面的變化，在一般情況下，這兩種變形也可能會一起發(fā)生。在經(jīng)過滲碳熱處理之后，剛才的心部在硬度上和淬火的方式是呈現(xiàn)相關性的，也能夠看出來，伴隨著淬火的方式改變，從空冷到水冷再到油冷，就能夠看見心部在硬度方面有所提升，同等的淬火方式下B組的齒輪硬度呈現(xiàn)出變化。齒輪的鋼熱處理在變形上主要是發(fā)生在淬火的過程中，但是淬火的方式是不同的，由此齒輪也會發(fā)生較大的變化，通過齒輪的心部硬度可以對齒輪的變形進行多方面的分析和研究[3]。

2.2 力學方面的性能分析

兩種齒輪使用鋼經(jīng)過不同淬火處理之后樣式就會發(fā)生變化，這樣的變形行為也有非常多相似特點，并且在取樣試驗中使用孔淬的處理辦法能夠和油淬火的處理辦法相對比，從分析中看到，使用不同的淬火方式，在齒輪的力學性能表現(xiàn)上也是不同的，還會對滲碳的規(guī)律產(chǎn)生影響。經(jīng)過滲碳空淬火以及油淬火的處理之后在抗拉強度上以及屈服的強度上都有一定的后樣，拉伸率和斷面的收縮率相當。伴隨著距離的增加，兩種淬火的方式在齒輪鋼顯微鏡之下呈現(xiàn)逐漸的降低趨勢，在國家的標準基礎上進行滲碳熱的硬化層處理，并且以550HV的有效性滲透深層為主要依據(jù)，經(jīng)過多方面的油淬處理之后，樣品在處理以后就會出現(xiàn)深度為1.33毫米左右的硬化現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象在經(jīng)過油淬處理之后能夠看到顯微硬度比空淬的硬度高出很多，甚至能夠達到750HV，經(jīng)過空淬后之后的在硬度上也能夠達到700HV，油淬熱處理之后的心部硬度大約在520HV。這些硬度的表現(xiàn)和淬火的方式有非常大的關聯(lián)性，在齒輪鋼組織中一般都是由馬氏體組織構成的，并且經(jīng)過空淬處理之后也形成了貝氏體+馬氏體的組織，這些組織特點讓滲碳熱處理之后的強度還有硬度都有所提升，并且貝氏體組織整體上的強度也比馬氏體要高出很多，整個韌塑性比馬氏體高，因此在經(jīng)過空淬之后的齒輪在伸展方面的斷面收縮和油淬熱處理齒輪鋼出現(xiàn)相當?shù)木置鎇4]。

3 結束語

綜上所述，本文對以20cr2ni4a為例，對機械齒輪鋼滲碳熱處理變形行為進行了分析和研究。淬火的方式主要有三個流程，分別是從空冷到水冷再到油冷，齒輪中使用鋼需要在變形上做出更多的有效性的處理。在油淬之后的鋼齒輪處理在硬度上有所超越，要比空淬的方式要好很多。在經(jīng)過油淬之后，齒輪的剛組織中有很多的馬氏體組織，從研究中看到硬度要比貝氏體+馬氏體的齒輪處理方式高出很多。借此希望本文的分析和處理能夠?qū)︿撹F生產(chǎn)起到積極地促進性作用，提升齒輪鋼的使用效果。

參考文獻：

[1]趙文軍，劉國強，王金棟等.20Cr2Ni4A齒輪鋼高溫滲碳工藝[J].金屬熱處理，2015，40（12）：142-145

[2]眭小利.鍛造及熱處理工藝對20CrMoH鋼組織與性能的影響[J].鍛壓技術，2015，40（09）：7-10，20.

[3]劉倩.重載齒輪用鋼噴丸工藝及組織演變研究[D].哈爾濱工程大學，2014.

[4]惠英龍.20CrMnMo大模數(shù)齒輪激光淬火工藝有限元分析及試驗研究[D].青島理工大學，2014.