运用BH催渗技术解决齿轮渗碳变形

wlb615 · 发表于 2011-7-12 22:15:33

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内花键齿轮(见图1)是ZJ30钻机传动机构的重要传动零件，承载能力大，其性能好坏直接影响整机的传动性能，因此要求齿轮必须具备较高的精度和良好的耐磨性。

1. 问题的提出
内花键齿轮采用20CrMnTi钢。技术要求为：表面渗碳淬火硬度56～62HRC,硬化层深0.8～1.1mm。生产工艺流程为：锻造→正火→粗车→拉花键→车外圆→滚齿→渗碳淬火→磨内花键→滚齿→钳→成品入库。由于渗碳淬火造成内孔涨大，内花键孔磨不起来，严重影响齿轮的精度，造成许多产品报废，合格率仅为60％。
2. 变形原因分析
渗碳变形会使工件前期加工获得的精度受到严重损失，而且多数难以通过后续工序(磨齿、校直)来弥补。工件渗碳变形的影响因素涉及到工件的设计、原材料以及加工整个过程中的诸多环节，但影响变形的最主要的矛盾还是渗碳温度的控制。表1列举了三种不同温度的工艺对齿轮变形的影响。从中可以看出，随着工艺温度的降低，工件热处理变形引起的精度损失由2～3级降低到了1级以下，其意义远远超过后期的磨齿、校直等修形技术。
由于工件在加热、冷却时各部分温度变化的不同时性，会引起工件热应力和组织应力的变化，当两者之和大于该瞬问温度下工件的塑性抗力时，就会在这一部位发生不可逆的变形——热处理变形。

3. 工艺改进方法
从工艺参数上有几项改进：
(1)降低工艺温度，工件的高温强度损失减少，塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗高温蠕变(工件因自重或受压而产生变形，大件、薄壁件更显著)的综合能力就会增强，变形就会减少。
(2)如果工艺温度降低，工件加热、冷却的温度时间减少，各部位温度不一致性也会减少，导致的热应力也相对减少，这样变形就会减少。
(3)热处理工艺时问缩短，工件的高温蠕变时间减少，变形也会减少。降低渗碳工艺温度、提高渗碳或碳氮共渗速度，几十年来一直是国内外热处理界人士孜孜以求的理想目标，但由于基础技术条件的限制和传统理论的束缚，多年来一直很难突破。BH渗碳技术大胆突破传统理念，可以在工艺温度降低40℃以上的条件下实现快速渗碳，它同时还有节能、环保和高效等优点。在内花键齿轮渗碳淬火上采用BH催渗技术，由于增加了渗碳气氛的活性，使工艺温度由920℃降低到880℃，改进后，我们对前后3个月产品的变形情况进行了统计，结果见图2和表2。

由结果统计图和结果表可以看出：
(1)采用BH技术后，齿轮的内孔变形量显著减少，合格率达到90%以上。
(2)采用BH技术后，各变形统计曲线出现一个较长的水平线，说明变形的一致性、规律性增强，这样可以通过在加工前预留变形量的方法，使工件在渗碳淬火后的尺寸迁移到所要求的范围内，从而更好地控制工件的最终变形。
4. 使用效果对比
对使用BH催渗技术前后的内花键齿轮渗碳淬火变形的情况统计如表3所示。

5. BH催渗技术在其他渗碳产品上的推广应用
BH催渗技术除了在齿轮上得到成功的应用外，我们还在其他渗碳产品上运用，如在柱塞泵凡尔体和凡尔体座、小连杆以及高压管汇产品的各种活动弯头等产品上广泛运用。其主要效果体现在两个方面：
(1)减少复杂件渗碳变形。
(2)提高生产工效(见表4)。

催渗剂可以使渗碳剂分解产生碳离子，由于碳离子比碳原子直径小，渗入工件的能力更强，速度更快，使气氛活性提高，在同样温度条什下，可提高渗碳速度20％以上。
从表4中看出，使用催渗剂后，渗碳时间缩短2～3h。其成本计算为：缩短2～3h，渗碳炉功率150kw，工业用电按0.7元／kw·h。节电:2.5×150×0.7元：263元；每一炉消耗催渗剂成本约135元；实际每一炉降低成本：263—135元=128元。
6. 结语
渗碳温度降低后工件的高温强度损失相对减少，塑性抗力增强，使工件的抗淬火变形能力增强；工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间相对减少，由此而引起的各部位温度不一致性也会降低，热应力和组织应力也相对减少，变形就会减少；工艺温度降低加上工艺时间缩短，则工件的高温蠕变时间减少，变形相应减少。
虽然齿轮和其他复杂渗碳件的变形很难控制，但通过降低渗碳温度，控制前期热处理条件等是可以有效地控制齿轮渗碳淬火变形的。通过以上分析和工艺改进可知：运用BH催渗技术可以实现降低温度渗碳，使内花键齿轮渗碳淬火变形量控制在合格范围以内，使产品合格率由60%提高到90%,以上。【MechNet】
文章关键词：齿轮

rcgjmy · 发表于 2012-4-20 11:44:05

学到不少好东西{:soso_e100:}

rcgjmy · 发表于 2012-4-20 11:54:14

好文章
{:soso_e100:}

rcgjmy · 发表于 2012-4-20 11:54:58

学习了，希望有更多的好东西

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