渗碳齿轮齿面磨削裂纹的研究

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我单位是以生产超重型矿用车为主的厂家，矿用车上的减速机齿轮为高精度硬齿面重载齿轮，齿轮材料采用18CrNiMo7-6，经渗碳淬火，齿面硬度在58-61HRC，另外要求齿顶修椽和齿向修形，精度为5级，齿轮最终精度由精磨加以保证。在齿轮精磨过程中，齿面的表面质量不高，出现了大量的磨削裂纹，产品质量严重下降，甚至报废，在经济上造成巨大损失。对此，我公司从齿坯材料、热处理和机械加工几个方面，进行了大量的研究工作，将磨削裂纹控制在较低限度，提高产品加工质量，为企业赢得可观的经济效益。

1硬齿面齿轮的使用工况为实现减速机稳定可靠的降速增扭功能，以及低噪和温升要求，要求18CrNiMo7-6硬齿面齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根抗弯强度都很高，接触应力和弯曲应力的大型精度是密切相关的，齿轮的制造和装配误差以及安装误差均会引起齿面和齿根的局部过载，从而影响齿轮实际承载能力。硬齿面齿轮只有在高精度的条件下，其承载能力高的特点才能充分的发挥。由于硬齿面齿轮的跑合性能比软齿面齿轮差得多，所以精度低造成硬齿面齿轮承载能力下降，其后果要比软齿面齿轮严重得多。如果在加工过程再产生磨削裂纹，将会大大缩短齿轮使用寿命。根据以往的工程经验，在齿轮表面和非表面部分，都可能出现材料的局部破裂。齿轮出现的裂纹，按形成特点可分为工艺裂纹和使用裂纹两大类，工艺裂纹是生产齿轮的工艺不当而是造成的材料缺陷所致，并在-定载荷条件下失稳扩展造成齿轮失效，如铸造裂纹、锥轧裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹、磨削裂纹等，而使用裂纹是在零件使用过程和环境中产生的，并进而扩展造成齿轮失效，如疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等。此次重点研究工艺裂纹中的磨削裂纹产生原因，并提出相应防止和消除磨削裂纹工艺控制措施2硬齿面齿轮磨削裂纹产生机璞磨削的表面质量包括磨削表面的微观不平度(表面粗糙度)、磨削表面烧伤、表面残余应力及磨削裂纹等。在磨削过程中，如果工艺方法选择不当，当形成的残余应力超过工件材料的强度极限(6 b)时，在磨削速度的垂直方向发生微小龟裂，导致工件表面出现裂纹。因此造成裂纹的因素是，磨削表面局部瞬时高温和急剧冷却所造成的热应力。在交变载荷下，微小裂纹会迅速扩展，造成工件表面破坏，出现早期低应力脆性断裂。总之，磨削裂纹是磨削拉应力超过材料断裂强度所致。

3硬齿面齿轮加工的工艺方法3.1粗滚齿粗滚齿加工过程切削了大量的加工余量，为渗碳热处理和磨削过程作准备，保证后续工艺过程变形均匀，切削余量-致。

3.2渗碳处理硬齿面齿轮通常采用渗碳工艺加强齿轮表面的硬度和耐磨性 ，18CrNiMo7-6低碳合金钢适合进行表面渗碳处理，渗碳处理是将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳目的是为了提高钢件表层的含碳量并在其中形成-定的碳含量梯度，经淬火和低温回火后提高工件表面硬度和耐磨性，使心部保持良好的韧性。公司生产的齿轮采用的是气体渗碳法，生产率高，渗碳过程易控制，渗碳层质量好，劳动条件较好，可实现机械化和自动化 渗碳件淬火后进行低温回火，表面组织为回火低碳马氏体、铁素体和马氏体，具有较高的强度、韧性和塑性。

3.3磨削加工磨削加工是齿轮制造过程最后工序，如果的工艺控制措施不当，极易产生磨削裂纹，导致零件超差甚至报废。磨削加工是指用磨料来切除材料的加工方法，按工具类型进行分类，可分为固定磨粒加工和游离磨粒加工两大类。磨削加工是齿轮精加工常采用的加工方式。

4。硬齿面齿轮磨削裂纹产生原因4.1锻坯工艺公司生产的齿轮材料为低碳合金钢18CrNiMo7-6，C的含量在0.15%～0。

21%之间，Cr的含量在 1.45%-1.85%，N i的含量在1.35%-1.75%之间，Mo的含量在0.21%-0.39%之间，材料晶粒尺寸达到5级以上。如材质控制不严，在磨削过程中极易导致产生磨削裂纹。

4.2滚齿工艺滚齿后如果齿面表面粗糙度不好，余量不均匀，必定造成磨削时齿面受力不均匀，局部位置会产生残余应力集中点，在后续的磨削过程中容易导致产生磨削裂纹4 3热处理工艺公司齿轮的主要工艺过程：毛坯锻造-正火-车削-滚齿-渗碳-精车-磨齿。硬齿面齿轮磨削裂纹大都是发生在渗碳淬火低温回火，其中热处理主要是渗碳处理，渗碳处理包括渗碳和淬火两个过程。热处理不可控因素较多，极易导致齿轮表面的碳化物级别和残余奥氏体超标，在磨削时因受力不均匀而产生磨削裂纹。主要是如下几方面：(1)残余奥氏体量过多，在磨削过程中残余奥氏体发生马氏体转变，体积膨胀，冷却给予急冷，均会使局部拉应力增加，产生磨削裂纹。

(2)回火不充分，回火温度过低或回火时间不足，影响马氏体中碳含量和马氏体微裂纹焊合或尺寸减小的程度，从而影响马氏体的断裂韧性，磨削时的磨削热产生较大的热应力和组织应力，而产生磨削裂纹。

(3)渗碳淬火热处理产生过大的变形，造成磨削余量不均匀或增大了磨齿余量 。

4.4磨削工艺(1)高精度的磨床，具有刚性好、振动小，有可靠的微量进给功能，同时与其他振源隔绝，防止外部动的干忧，陈旧的磨齿设备难同时具备所有功能，因此将会使磨削过程中受力不均匀，极易产生磨削裂纹。

(4)冷却不够充分，产生局部烧蚀点，再次磨削后便产生裂纹。

5防止硬齿面齿轮囊齿裂纹的工艺措施5.1锻坯材料工艺措施(1)坯料应经过钢包精炼、去氧化和真空脱气处理。锻件应无白点、裂纹、折(下转284页)表1 18CrNiMo7-6化学成分Grade C Si max Mn P max S max Cr MO18CrNiM07-6 0.15-0.22 0.45 0.46-0.95 0.025 0.015 1.45-1.9 0.2l-0.41Ni B O max ppm H max ppm1.35-1.75 0.O0o5 25 2'殳，) l科 姓 锥 It科学论坛I China science and Technology Review目前冷却介质主要有如下几种：a.干冰-固体二氧化碳 能将零件冷至零下75℃，因降温低而只适用于过盈小的套类零件(例如H7/k6)。用它作冷却剂时，应在盛有酒精或丙酮的容器周围放置干冰预冷，然后在冷却器内再放入-定量的于冰，这样的混合液体可将零件冷却至零下75℃。也可以将被冷却零件放人冷却箱内再埋入固体二氧化碳达到冷却目的b.液态氨 能将零件冷至零下120C，在使用时将液态氨放人具有蛇形管的冷却器里，对零件间接冷却，冷却时间较长。如直接同零件接触会腐蚀零件，具有强烈的臭味，妨害工人操作。

C.液态氮 能将零件冷至零下195℃，用它作冷却剂较液态氨稳定，对零件、冷却箱和取氮罐不起腐蚀作用，是较理想的冷却剂。

d.液态氧 能将零件冷至零下180C，略低于氮，氧的性质活泼，能助燃不能自燃。制氧站有较充足的液态供应，取氧罐和冷却箱造价又不高，用它作冷却剂是经济合理的。

根据公司目前现有的生产条件，采用液氮装置进行冷却，按下列公式进行计算：P：2Ga2×401/3×4095kg(式中，P-液态氧冷却剂消耗量，l(g；G～被冷装件的重量，kg；a-消耗于冷装容器等不宜计算的液态氮重量，-般可取(1/3-1/2)G，lg)3 5组装过程控制(1)冷装操作者应穿戴好防护用具，将液态氮从取氮罐中小心地倾注在冷却箱里。用钳子、铁丝或其它工具将零件放入冷却箱中，冷透后用工具取工件装入相关孔中，动作要迅速沉着。注意装配的同心性，及时用软金属或木锤敲击纠正装配中产生的歪斜，直到冷装到位。

(2)当包围件尺寸较大、受加热设备的限制而过盈量又在冷却剂收缩范围时，被包围件宜采用冷装，侧如铜套、耳轴之类的零件。

(3)因冷装后有残留的杂质和冷凝水附在冷装容器内壁上，为防止腐蚀应擦拭干净。

(4)冷却时间从零件浸入冷却剂中算起。零件浸入初期有强烈的沸腾现象，以后逐渐减弱直至消失。刚停止时只说明零件表面与冷却剂的温差很小，并未完全冷透，还需按壁厚再冷却-段时间。

4热装或冷装需要控制的共同点(1)按所装的轴承准备好所需要的工具和量具，所有量具经计量鉴定后均合格 。

(2)装配前仔细检查轴颈、箱体孔与轴承的配合尺寸，检查轴承型号是否与图纸-致。

(4)用压力机压人时，应将垫块入内圈，用压力机静静地压至内圈面紧密地接触到轴挡肩为止，严禁外圈垫上垫块安装内圈。

(5)操作时，最好事先在配合面上涂油，减少装配时的摩擦力。

5装配后检查轴承安装结束后，为了检查安装是否正确，要进行运转检查，因为轴承大，不能手动旋转，需要外配动力进行旋转，通过无负荷的启动后立即关掉动力，进行惯性动运转，检查有无振动、声响、旋转部件是否有接触等等，确认无异常后进行动力运转。动力运转从无负荷低速开始，慢慢地提高至所定条件额定运转，试运转时检查是否有异常声响、轴承温度的转移，润滑剂的泄漏及变色等。试运行如果发现异常，应立即中止运转，检查机械、有必要时拆下轴承检查。

轴承温度检查-般从外壳外表推测可知，但利用油孔，直接测量轴承外圈温度，更加准确。轴承温度运转开始渐渐上升，如无异常，通常1～2/1，时后稳定，如果轴承或安装不良，轴承温度会急剧上升，出现异常高温。其原因诸如润滑剂过多，轴承游隙过小，安装不良，密封装置磨擦过大等。

6结束语通过研究轴承装配过程中热装、冷装工艺方法，提出了大型滚动轴承装配工艺措施，较好地解决了解决大型滚动轴承的装配难点，降低了制造成本，保证生产进度，为公司的生产赢得效益。