1.齒輪熱處理概述

眾所周知，齒輪是機械設備中關庭的零部件，它廣泛的用于汽車、飛機、坦

1齒輪熱處理概述

克'輪船等工業領域。它具有傳動格確、結構素湊運用后市長等優點.齒輪傳動

2.零件圖....................................................1

是近代機器口最常見的一種機械振動是傳遞機械動力和運動的一種重要形式、是

3.零件的服役條件、性能要求及技術指標.....................2

機械產品重要將礎零件。它和帶、鏈、摩擦、液壓等機械相比具有功率范圍大，

4.材料選擇.................................................2

傳動效率高、圓周速度高、傳動比精確、運用壽命長、尺寸結構小等一系列優點.

4.1零件用途.............................................2

因此它已成為許多機械產品不行缺少的儀動部件，也是機梏中所占比例奴大的心

?1.2材料比較.............................................2

動形式.由于齒輪在工業發展中的突出地位,使齒輪被公認為工業化的一種象征.

4.3材料化學成分及合金元素的作用........................2

得益于近年賣汽車、風電、核電行業的拉動，汽車齒輪加工機床、大規格齒輪加

4.4材料的相變點.........................................3

工機床的需求增長特別刺眼.據了鼾.隨苦齒輪加工機床需求的增加.近年來涉

5.齒輪加工制作工藝.........................................3

及齒輪加工機床制造的企業也日益刷多。無論是傳統的汽軍、船舶、航空航天、

5.1傳統的齒能材料的工藝路途：...........................3

軍工等行業，還是近年來新興的商鐵'鐵路、電子等行業，都對機床工具行業的

5.2淬火工藝設計.........................................3

快速發展提nr緊迫需求，對齒輪加工機床制造商提出了指的要求。據權威部門

5.3其他熱處理工名.......................................4

預料2012年將達到200萬噸，但我國齒輪的質量和其他發達國家的同類產品相

6,參考文獻..................................................7

較還是具有痛定的差距，主要表現在齒輪的平均運用壽命.單位產品能耗、生產

率這幾方面上.本設計是在課堂學習熱處理學問后的探究印裝試，其內容探討如

何設計齒輪ffj熱處理工藝,重點是制定合理的熱處理規程,并按此設計齒輪的熱

處理方法。

零件圖

4.材料選擇

4.1零件用途

齒輪是汽車中的重要零件，變速箱齒輪為汽車發動機的重要部件,用于變更

發動機曲軸和傳動軸的速度比.

4.2材料比較

歷輪常用材料有2OCr.2OCrMnTi.18Cr2Ni4WA

Q)2OCr

零件的服役條件、性能要求及技術指標

3.有較島的強度及淬透性，但韌性較差。港碳時有晶粒長大傾向，降遍干

齒輪是機械工業中應用最廣泛的重要零件之一。其主要作用是傳遞動力，變脆淳火對沖擊韌性影響校大，因而海碳后進行二次淬火提高零件心部韌性；

可切削性良好，但退火后較差：2OCr為珠光體，焊接性較好，焊后?般不福

更運動速度和方向。是主要零件,其服役條件如下：

熱處理，

?⑴?齒輪工作時,通過齒面的接觸來傳遞動力。兩齒綸在相對運動過程中,既有②2OCrMnTi

ZOCrMnTi是性能良好的漆碳鈉，彈透性較高，經港曝淬火后具有高的強度

滾動，乂有滑動.因此，齒輪我面受到很大的接觸三累應力和型擦力的作用.住

和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性，切削加工性良好，加工變形小，杭乏

齒根部位受到很大的彎曲應力作用；累性能好。

⑵高速齒輪在運轉過程中的過我產生振動，承受確定的沖擊力或過載：@18Cr2Ni4WA

18Cr2Ni4?A屬于高強度中合金連碳鋼.18Cr2Ni4#A鈉常用于合金咨味鋼，強

⑶在?些特別環境下，受介質環境的影響而承受其它恃別的力的作用。

質，韌性高,猝透性良好,也可在不潑碳而謝成的狀況下運用，一般用做祓面較大，

因此，物輪的表面有高的硬度和耐磨性.而接觸乏素強度,有較高的齒根抗彎強載荷較高且韌性良好的重要零件.

對于汽主來說，由干其運用條件困難,接受調偵鋼不能保證要求?選用滲碳

度，離的心部抗沖擊實力。

鋼較為合適.20CrMnTi鋼接受滲碳+淬火+低阻回火.齒輪表面可以獲得55*63HRC

的高硬度，國淬透性較高，齒心部具有較而的強度和韌性.因而選用

技術要求20CrMnTi

鋼，

齒表荻度：58?63HRC

心日強度：33?45HRC4.3材料化學成分及合金元素的作用

屈服強度力850Mpa

4.3.120GMeTitH的具體化學成分及自分

齒根彎曲乏素強度:)lOOOMpa

表120CrMnTi鋼的化學成分及含量(質疑白分數〉

合金CCrMnTiSiSPNiCu

元素介腦HRCI50VKK)V3oor400Vsoor550V?M)V650V

860汕42-464341403935302517

n”；0.171.000.800.040.17WWW

(wt%????0.03C.030.30.35.齒輪加工制作工藝

)0.231.301.100.100.375VR0(.1

5.1傳統的齒輪材料的工藝路途:

432化學元案作用

①C：C的含量確定了滲碳件心部的強度和韌性，從而影響零件的整體性能.下料一鍛造一正火一齒形加工一漆碳一淬火一低溫回火一噴丸一磨切削加工

一般港成劑都是低碳劑.

5.2淬火工藝設計

②“：有利于滲碳層增厚，提高鋼的泮透性，提高回火檜定性，增加鋼的耐

磨性。為了使工件奈得表硬內切的性能要求,工件滲碳后必需進行適當的熱處理?由于

③k'n：提高鋼的淬透性，增加鋼的強度和硬度，有利于滲碳層增皿，細化珠

齒輪的材料是20CrMnTi鋼，是本質細晶粒鋼，特別是鋼中含有的強碳化物形成

光體組織以改善機械性能.

④1i：阻擋奧氏體晶粒在高溫灌碳時長大，細化H粒，井旦減小港碳層厚度。元素Ti,猛烈陰擋奧氏體晶粒的長大,經過長時間港殿后奧氏體品粒并不明品長

⑤Si：阻擋碳化物形核長大，提高鋼的淬透性，提高鋼I的抗回火穩定性，提

大，故可以月預冷干脆濘火法，正常加熱冷卻狀況下，工件加熱到860c后，

高對鈉的縹合機械性能。

?￡、P：都是銅中的雜質元索，S能明顯降低鋼的植建性，但能改善銅的可切保溫一段時間，使Z奧氏體化后用油冷卻生至窗.得到與人體和找余臾氏體，只

削性：F能降低綱的強度和韌性.有較高的硬度.

4.4材料的相變點溫度：860c

20CrMnTi相變臨界點滲碳后的齒輪溫貨在930T左右,此時可以將齒輪留在滲碳爐中冷卻.即預冷,

冷卻到86QX?時，保溫?段時間，取出后立刻放入油中，這樣對齒輪淬火，操作

修界鼬度電造加工漁財:正火比較簡潔，降低了成本,提高了生產效率,也可以達到齒輪須要的要求，且齒輪

W號AciAcs淞強冷卻些慢氧化、脫碳及淬火變形均小。

加矽

AriAnM,性鍛rcHBW

淬火介質：油冷

1160-

7308203601200-930-156-滓火設備：淬火油槽

20GMnfi1200

空冷

1240950

690795??207劑的加熱溫度一般可依據Fe-Fe3C相圖選擇.20CrMnT：鋼為亞共析鋼,淬火

津火?火

加熱溫度選擇Ac3以上30c?50c,依據港碳后齒輪的表層含碳盤的分布狀況及

溫度海火不R得度回火后的硬慢MlHRC

碼速做|]Q.3O-O35I|0.16-0.18

實踐回歷從930c預冷到860C左右進行油冷可以得到好的效果‘淬火冷卻速度

太快，奧氏體向馬氏體組織轉變矮烈、體積收縮，引起很大的內應力.簡潔造成

依據設計的2OCrMnTi鋼齒輪.加熱系較a的大小取1.5.

齒輪的變形和開裂，由于20CrMnTi是合金鋼，淬透也較好，故選擇油冷戰小冷樵正系數K的值取2.2.

卻速度,防止淬火造成齒輪變形或開裂。同時也能獲司馬氏體組織，達到較高的故加熱時間為T=a?K?D=155min^2.5h

因為開溫順保溫當中有滲碳的過程,所以除去滲碳時間。齒輪的開溫時間為L5h,

硬度.

所以得到保海時間是I.Oh.

保溫時間的確定淬火加熱時間包括升溫股保溫時間兩段時間，升溫時間包括相

5.3其他熱處理工藝

變審結晶時間，保溫時間事實上只考慮碳化物溶解和奧氏體成分勻整化所須要的

5.3.1正火

時間.

溫度：930c

在具體的生產條件下,淬火加熱時間附用閱歷公式計算.通過試驗最終確定.

時間：保溫3個小時

常用的閱歷公式為：

組織：片狀珠光體+鐵素體

r=a*K*D

硬度：齒輪的表面硬度為I56-207HBW

式中：加熱時間，；加熱系數，：裝爐修正系數：工件

t,mina,min/mmK,D,設備：中溫箱式爐

有效厚度,“叫

我選擇的變速箱齒輪,它的直徑大約是2nomm,內圈直徑約為100mm.厚

加熱系數a表示工件單位耳度須要的加熱時間，其大小和工件尺寸、加熱

度約是50mm,齒輪正面的閾形面積S約為628mm*體積V約為3I400mmI材

介楨和鋼的化學成分有關,下表是常用銅的加熱系數，

料是低碳合僉綱20CrMnTi.它的正火溫度在95OC左右.號慮到中溫爐在中溫測

G時比較精通，因而選用中品箱式爐。結構圖如圖2所示,標準系列中溫箱式電

常用鋼的加熱系數

陽爐技術數據如表3所示.

中溫箱式爐替構圖

75O-85OX?800-9001C1000-

工件直徑vfiwrc箱

工件材料獻爐中加熱箱式爐或井I300C高溫

/mm式爐中加熱

成預熱式爐中加熱鹽爐中加垃

<500.3-0.41.0-1.2

碳鋼

>500.4-0.51.2-1.5

W500.45-0.501.2-1.5

合金刷

>500.50-0.551.5-1.8

高合金釗0.30-0.400.30-0.350.17-0.2

和爐內枳碳嚴峻.爐內氣氛的成分和碳勢不穩定,不易限制.現在，接受

甲醉一塊油混合液作為添碳滴注劑,其中甲陟是稀釋劑.操油是海碳劑,可以明

顯的削減炭黑.

現油熱分解氣成分和溫度的關系

滲碳溫度：920土10C

依據：港碳溫度在Ac3以上,考慮碳在鋼中的擴散速度等因素,接受的溫度

為910~93（TC。港碳程度的上升，碳在鋼中的擴散系數增大，港儡速度很快，但

1一爐殼：2一爐村：3—熱電偶:4一爐膛：5一爐門:港碳溫度過商會造成晶粒粗大，選取l=93OC。

6一爐門升降結構：7—電熱元件；8一爐底板；160'180滴/'分鐘

接受到沸加熱的方法，緣由是避開金屬組織出現不須要的相轉變，加熱速,位

標準系列中溫箱式電阻爐技術數據

快，節約時間，便于批垃生產.

設備：RQ3-f^9井式滲碳爐

爐過85。9時的指標

爐般尺寸海碳爐是新型1"非周期作業式熱

依據我選擇的歷輪大小,正火選用空爐損空爐升JftX

作溫度（長X寬裝裝

耗功率溫時間處理電爐，主要供銅制多件進行氣體治

/rX將）Armfit

的電阻爐為RX3-15-9./k./h碳.

/kg

600X300RQ索列i?碳井式爐的型號

95052.5加

X25C

950X450

95072.5200

X35C

正火工藝曲線

5.3.2海碳

煤油走傳統的?滲碳滴注劑，如圖5顯示了煤油熱分0氣成分和檢定的關系。煤800

油價格低藤,港碳實力強，但單獨運用煤油港碳會在商海裂解后產生大配CH4

在先0X:時有關指標

粉定葡定端定鋼的韌性，又保持了鋼的硬度、強度、耐解性。在18OC回火時，大部分裂蚊己

M工作空問尺寸（直

5!號功率電壓空爐搔耗

敏徑X深依）空幀損怩般大裝a

入升溫時間經焊合.可大大減輕工件的脆裂傾向,低淑回火得到隱品的回火馬氏體及在其上

WN/r功和kWflbkW

序

RQW353803950?500X600W9W2.570分布的勻整紐小的碳化物顆粒，硬度可以達到55HRC以上.

RQ367603803951)?450X600W12<2.5150

RQ3-75^753?03950◎450X900<14W2.5220回火的保溫時間：2h

依據我選擇的齒輪大小，選擇型弓為RQ3-60-9系列的井式港碳爐比較合適

回火時間一般為1?3小時

齒輪在井式爐中的滲碳工藝曲線

在空氣爐中保溫時間

有效力度/麗<2020-1040-6060-8080-100

保阻時間/mir30?4545-6060-9090-120120-150

合余鋼的保溫時間按上述表格中所列出的時間增加23灰,空氣爐低溫回

火的保溫時間不得低于120min：裝爐量大時.保M時間應適當延長.所以齒輪的

保溫時間確先為2h0

材料的&織及性能加熱孤段:為1801。加熱到100X：時馬氏體起先分解.

共格析出一讀化物，回火保溫足修長的時間后得到I可火馬氏體，硬度和耐磨性

滲碳層組織高.低溫回火時馬氏體中過飽和碳原子以碳化物的形式逐步析出，馬氏體品格崎

表層：細針狀或隱晶馬氏體?細顆粒狀彌散勻整分布的碳化物?少地殘余奧氏

變程度減弱，內應力有所降低。此時的回火組織由馬氏體和碳化物組成，稱為13

體：

心部：細品粒低碳馬氏體組織：火馬氏體。雖然馬氏體的分解使a-Fc中歐的過飽和程度降低,鋼的硬度相應下降,

表層和心部之間：高碳馬氏體+殘余奧氏體.但析出的碳化物乂對基體起強化作用，部分的錢余奧氏體分解為回火馬氏體，

滲碳層中有25%?30%的殘余奧氏體時?有利于提將接觸乏累強度；表面粒狀

碳化物增多,提高表面耐磨性及接觸乏琳強度.但碳化物數量過多將使沖擊韌度.所以鋼仍保存很麻的硬度和耐磨性和確定的韌性。鋼中含有的Si元素能供應鋼

乏累強度等性能降低。的回火抗性.Cr元素能提高回火穩定性.

5.33回火

齒輪淬火后具有較高的強度和硬度,其淬火組織主要是韌性很差的享品馬氏回火設各：低溫箱式爐

低海箝式爐的最高工作溫度為65OC,用于鋼鐵零件汴火后的回火和時效處

體，有較大的淳火內應力和一些微裂餃:，所以回火應當剛好點。在1801c回火能

理，也可以作鋁合金的淬火加熱用。其零件的加熱是靠時流和幅射完成的，在爐

使季品馬氏體中過飽和的固溶碳原子沉淀析出彌散分缶的C碳化物,既可以提高

頂或爐的后墻上安裝風扇以及導風裝置?強迫爐內氣體的前環?來提高爐膛的溫

度勻整性和傳熱效果.齒輪精加工后，最終還要檢杳齒輪的外觀表面、溶層深度、硬度、金相組織

低溫箱式電阻爐技術數據等是否達到議計的要求.

加膛尺寸（長大通Jd大牯優缺

堂號切率/kW工作矗BE/C