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齒輪熱處理在加熱過程中的畸變原因與控制措施

時間:2019-01-02 16:36:27    來源:齒輪傳動    浏覽:474    

       通常把對工件的熱處理畸變的控制集中在“淬火畸變”上,其原因是認為淬火冷卻在瞬時發生急劇的溫度降低和組織轉變,伴随很大的體積膨脹和應力産生;而加熱過程則緩慢得多,并且随着溫度升高,金屬材料内部各種應力也随之釋放。再加上加熱中的工件處于中間工序,其畸變也無法測量,因此對加熱過程的畸變知之甚少,容易忽略。

       事實上,在加熱過程中,不僅由于熱應力引起畸變,而且,釋放内應力本身也會引起畸變。在要求獲得高精度齒輪産品的制作過程中,齒輪熱處理在加熱過程中的畸變也應該引起重視。

       齒輪在切齒加工過程中,由于刀具對金屬擠壓産生塑性變形而發生加工硬化,并同時産生殘餘應力。通常認為,加工後齒輪的去應力退火,可以消除殘餘應力并因此也就消除了引起畸變的力學條件。但是,試驗表明,在650℃的去應力退火過程中,伴随扭曲晶格的回複和内應力的釋放,結果是“消除了應力,留下了畸變”。齒輪毛坯通常都采用正火處理,在加熱過程中,正火組織在向奧氏體轉變時,由于鐵素體+珠光體與奧氏體組織的比容不同,因此,如果齒輪毛坯正火處理的原始組織不均勻,則在加熱過程中,會因其轉變的速度不同引起不均勻的體積變化,從而導緻畸變。另外,齒輪在加熱中,由于受結構形狀、裝夾、擺放及裝爐量等因素的影響,齒輪受熱是不均勻的,尤其在925~950℃的高溫滲碳溫度下,一些部位會主要受輻射加熱,而另一些部位則主要靠對流加熱,由于輻射加熱比對流加熱的升溫速度快得多,因此,就會在齒輪工件各部位之間形成較大的溫差而産生熱應力。

       如何控制齒輪加熱過程中的畸變?

       一、齒輪毛坯等溫正火。齒輪毛坯在普通正火後組織和硬度的散差較大,采用等溫正火首先可以改善組織和硬度的均勻性,并同時還可減小由于加工應力不均勻性引起的畸變。近年來,齒輪毛坯等溫正火的應用對我國齒輪熱處理畸變的控制起到很好的作用。

       二、預熱、階梯升溫加熱。其目的一方面是讓工件的表裡及各部位的溫度更均勻,同時減小與目标溫度的溫差;最根本的是減小工件各部位的溫差。基于預熱的效果,美國關于《鋼的熱處理工藝》的軍用标準規定:已完成最後加工零件,在加熱到740℃之前,應在540℃或650℃預熱。

       三、去應力退火後進行滲碳等高溫熱處理。相當于将原來直接在高溫下加熱的工件分成兩段加熱,第一段在遠低于滲碳溫度下進行,由于加熱溫度低,熱應力小,同時,加熱速度低,溫度梯度也小,這既有利于減小熱應力,也有利于加工應力釋放和扭曲晶格回複緩慢進行;然後進行滲碳等高溫熱處理。因此,最好是工件去應力退火後随即放入高溫滲碳爐,這樣才能得到最好的效果。在生産中,可采用現有的回火爐來進行這一操作。