汽车渗碳齿轮的心部硬度控制

zhan_paolo

   汽车制造过程中，对每项部件的要求都要达到高标准，由于在真正实施过程中受材料、条件、设备等影响，得到的成果会有所不同，而且对于不断运转的齿轮来说，为了传递动力在啮合时需要承受各种力量的冲击和压迫，这就对渗碳齿轮的心部硬度有了一个强性要求，本篇文章将通过试验所得的结论来对如何控制渗碳齿轮心部强度进行具体分析。

   影响齿轮的质量因素很多，因为在运转过程中需要承受脉动冲击力和弯曲应力等，因此对其制造工艺就有严格的要求，以便于控制心部硬度在工作时，依旧给渗碳齿轮提供充分的支撑和强韧性。在制造齿轮时会依据不同的要求提供不同的材料来保证质量，而进行渗碳后的质量会采用硬度及金相检验，以此保证心部硬度达到能够承受冲击的标准。作为渗碳齿轮的综合性指标，对承载特性要求是很高的，因此这篇文章对如何控制心部硬度进行分析和探究。

1、汽车渗碳齿轮心部硬度测定及合适范围

   随着改革开放以来政策的鼓励和支持，以及科学技术的大力支持，制造高质量的汽车齿轮的指标也在不断地提高。若沿用标准指标不能很好地满足现状，比如长期以来我国汽车齿轮标准中，沿用的是原苏联标准来进行测定心部硬度，测定位置确定在距齿顶 2/3 齿高处，硬度规定范围为HRC33—48，但是依据专业分析可得由于考虑心部的承载需要，这样的标准不算足够合理。因此目前国际标准规定测定位置在齿宽中部法截面上即齿的中心线与齿根圆的交点处，相比之前的要求更加精确也更加具体。显然这一新的标准规定的执行可以反映出钢材的淬透性及热处理淬火的质量，并得到了大家的认同而被采纳，然而这种规定并没有被工厂严格地执行下去。根据一些工厂的试验得出的结论可以了解到，心部硬度在模数不同的情况下进行疲劳试验，不同用途的齿轮的心部硬度控制为一致，比如HRC33—48，是不符合实际情况的。经国外试验得出国内试验几乎相同的实验结果能够阐述：模数较大的齿渗层较深的齿轮需要控制较低的心部硬度，高于国际标准会增加齿轮质量的脆性，抗弯强度就不太理想，因此控制在 HRC33—42范围内可以避免和缓解这类问题。

2、新型技术及制造工艺对齿轮心部硬度的影响

碳化物对渗碳齿轮的影响

   随着高科技对技术水平的促进，相关实验人员对汽车渗碳齿轮的研究展开了新征途，对其中硬度可达Hv1000以上的碳化物研究较多，汽车齿轮中采用渗碳齿轮的原因就是，碳化物在渗碳层中呈块、角的形状便于集中微区应力，那么形成的网络状就增加了脆性会对齿轮的疲劳寿命有所降低。

淬火处理

   渗碳步骤一般是为了提高齿轮的表面的耐磨性，碳浓度和耐磨性成正比，碳浓度的增加会提高耐磨性。渗碳后不淬火得到的高碳钢正火组织，在碳浓度足够和冷却速度足够缓慢的情况下得到网状碳化物降低疲劳寿命，不经过热处理的部件难以产生起到耐磨作用的组织。那么淬火的目的就是提高硬度，得到更多的马氏体组织，以便于二次分解成索氏体得到较好的机械性能。而专业制造人员都了解的是，齿轮的心部硬度恰巧主要依赖于原材料的淬透性如何，因为渗碳齿轮的心部几乎没有渗碳，可以保持原来的化学材质。淬火工艺应用极其广泛，在工具、磨具、部件等制造业中都需要这一工艺。在进行淬火过程中，各方面的参数要求都需要严格执行，尤其是淬火时的温度进行不同的控制也会有不同的成效。热处理工艺参数的调整，尤其是淬火温度的调整也能产生一定的影响。淬火作为用来提高硬度和强度及耐磨性的热处理工艺，在加热到一定温度后需要急速冷却，那么关于其冷却介质的选择就值得探讨一番。淬火冷却介质理想的状态应该具备的条件是能够使部件可以淬成马氏体，但也不会引起太大的应力，那么就应该控制搅拌速度来达到理想效果。在此基础之上就整理出一些提高效率的方法，例如：提高淬火温度、提高搅拌速度等工艺参数来提高冷却速度，或者从其他角度入手，比如提高材料的淬透性带位置及直接使用冷却速度快的介质。面对渗碳齿轮淬火后心部硬度还是低的情况，那么如果允许在一定的范围对零件外形进行变形的情况下，可以采用提高淬火温度、加强冷却等方法重新加热淬火，或者采用适当增加渗碳层厚度的方法来满足标准要求。

3、汽车渗碳齿轮的心部硬度控制

    对于总结得出的对齿轮心部硬度会产生影响的几方面原因，决定经过改变不同的参数来进行试验，以便总结试验结果来得出合适的控制心部强度的方法。明显得到的结论是，面对不同淬透性值的钢材在相同的热处理流程下展现的心部强度也有所不同，那就启示研究人员这些专业的实验数据并不是空穴来风，而是需要全面的设计试验条件。

对热处理工艺参数的调整

   对于材料的淬火和回火是热处理工艺中的重中之重，也是在众多制造业中应用极其广泛的工序。了解一些基本的热处理知识后，会对淬火的作用有比较全面的认知，再配以不同温度的回火，可以减轻产生的内应力，同时达到增加强度的目的。在以上渗碳工艺的基础上，严格控制提高了淬火温度到（890±10）℃，也减少了装炉量到每炉140件，然后维持其他参数不变，经调整后的热处理工艺顺利进行之后，对其心部硬度进行了检测，具体的试验数据可以看出调整热处理工艺参数的确会对心部强度产生一定的影响。尤其是针对提高淬火温度和减少装炉量后，心部硬度确实有所提高，但是依旧会有上文分析的经热处理后硬度还是不够的现象，甚至会产生变形，由于汽车齿轮零件心部强度难以达到稳定的控制性，再次经工艺制造会耗费大成本，对制造业本身就是一种负担。因此，控制好热处理工艺的参数，严格执行要求和标准进行试验，会得到预计的试验成果。其中调整热处理工艺的参数具体实例有：提高淬火温度的目的是提高过冷奥氏体转变成马氏体的转变量，从而提高心部硬度。而减少装炉量可在某种程度上提高淬冷烈度以使心部硬度提高。

淬火冷却介质的调整

    不管是渗碳淬火、感应加热淬火或者其他等，在冷却过程可能出现的热处理质量问题主要有：淬火后硬度不够、不均、深度不足；淬火后心部硬度过高等。汽车齿轮制造出现的这类质量问题与热处理和淬火冷却有关，调整合适的冷却介质也不免是一个好的实验方法。对于中小齿轮，淬火硬度不够是因为冷速不足导致的，这就需要调整冷却速度。淬火冷却速度的偏低会造成齿轮出现硬度不足、不均或者硬化深度不够的质量问题，但是根据实际淬火齿轮的材料、形状等条件以及热处理工艺要求的不同，会自动分成几种温度和速度不同的情况。不管是淬火油还是水溶性淬火介质，在接触高温之后会受到许多影响，会使介质产生不同程度的变化。而水溶性淬火剂对降低水的低温冷却速度有极大的促进作用，恰恰相反的是，水溶性淬火液会使低温冷却速度逐渐提高。冷却介质会变质是不可避免的现象，可能由于刚被加入工作的量不多，变质程度还不足以造成巨大的影响，也反映不出来齿轮的变质问题，但是为了避免随着淬火量的增加，变质程度可能达到更多，就会对部件质量造成劣质影响，可以考虑直接使用冷却速度较快的冷却介质，也可以加快搅拌速度来控制整个体系的进行速度。

材料淬透性的优化

   因为心部硬度的检测结果取决于钢材成分、材料淬透性等参数，而且面对不同材料的齿轮所得的心部强度也是不同的。对于材料的淬透性好与差常借助淬硬层深度来表示，深度越大那么淬透性就越好，而材料的淬透性是其本身拥有的属性，只取决于其本身的内部因素，而与外部因素是无关的。制造汽车齿轮的钢材淬透性主要取决于它的化学成分，加热温度和保温时间都是会产生影响的因素，为达到对汽车渗碳齿轮的心部硬度达到稳定的控制要求，优化制造工艺所用的材料的淬透性也是有改善效果的。

4、结语

   为了适应时代竞争的模式，从当前市场经济情况考虑，稳定的产品性能需要较高的技术指标，经过多次试验得出的数据和分析，了解到需要调整热处理工艺参数以及调整淬火需要的介质，提高各方面的技术要求，但是这样还不能达到对生产过程的管控，可以选择采用调整钢材淬透性带的方法来稳定产品的心部硬度。对于用于汽车渗碳齿轮的参数，要求是很高的，不仅需要达到一定的抗弯强度，还同样需要具备足够的抗冲击性等。这样高标准的要求下，有利于控制并减少热处理时出现变形的情况，在不断进步的工艺中得到高质量的齿轮。

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