大直径重载齿轮渗碳淬火变形的有效控制

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大直径重载齿轮渗碳淬火变形的有效控制-、问题的提出
齿轮在传动过程中要承受弯曲、冲击等载荷。齿
轮产品的质量和性能，除依赖于合理而先进的设计方法
外，主要决定于齿轮制造水平的高低。
根据齿轮的工作条件不同，-般应满足下列几个
基本要求：
（1）轮齿表面层要有足够的硬度和耐磨性。
（2）对于承受交变载荷和冲击载荷的齿轮，基体
要有足够的抗弯强度与韧性。
（3）良好的工艺性，易于切削加工且热处理性能
好。
经实际使用分析，高速与重载齿轮已成为汽车与
机车行业成套设备的关键部件，其绝大部分采用硬齿面
齿轮，齿轮的圆周速度最高可达150m/s，传动功率最高
达40 000k W，齿轮精度等级5～6级，最高为4级。为实
现这些高精度硬齿面齿轮国产化制造水平的提升，通过
开展科研与制造技术攻关，现已具备设计制造的高速
齿轮的能力，其最大功率为44 000k W，高圆周速度为
156m/s，齿轮制造精度为4～5级；重载齿轮最大功率
达6000k W，最大传递转矩达2000k N·m，圆周速度达
30～50m/s，齿轮精度达5～6级。
大功率齿轮的高速与重载、特别是大直径辐板结
构渗碳淬火生产的批量化，对制造精度提出更高的要
求。-般为控制变形，常采用淬火压床、热油淬火或等
温淬火等方法。然而，配置淬火压床需有-定的设备
成本和设备制作周期，且由于结构的限制而通用性有
限，难以适用于多种尺寸规格和不同结构的产品；热
油淬火或等温淬火也有-定的设备要求及相应的工艺操
作方法。
我公司热处理车间，由于产品及工艺种类众多
（其中部分东风11、东风8型机车3种较大尺寸齿轮种类
见附表，材质均为20CrMnT i），仅配置了常规热处理
操作所需的简单设备（加热炉体及室温条件下的冷却
槽）。
大直径重载齿轮渗碳淬火变形的有效控制
上夯通大学 （200000） 陈 钰
南车戚墅堰机车有限公司 （江苏常州 203011）潘晓松
摘要通过控制齿轮渗碳淬火变形的主要因素，在
简单设备与简易操作条件下，通过控制工件放置方向，有
效控制了齿轮渗碳淬火变形的缺陷。
齿轮主要尺寸
工件 模数m 分度圆直径d/mm 齿顶圆直径d a/mm 幅板厚度c/m 齿宽b/mm d h/mm
齿轮A 6 372 384 20 66 90
齿轮B 6 354 366 20 60 90
齿轮C 6 306 322.44 20 55 105
二、工艺及变形机理分析
工件原渗碳淬火工艺为： 渗碳930℃× （8～9）h， 回火
（600～650）℃×2.5h，淬火830℃×（1.5～2）h，回
火180℃×2h。使用专用吊具，工件平放，各加热过程
均在井式渗碳炉中进行。长期以来，由于工件的渗碳淬
火变形较大，致使其公法线变形量达0.40m m，废品率
高达10%左右。
工件变形的原因主要有：
（1）热塑性变形 由高温加热时的蠕变引起。
（2）相变过程应力 冷却过程中，组织应力和热
应力叠加构成变形的主导应力。
（3）附加应力 由于工件表层与心部的成分、组
织性能不-而造成的应力。