差速器齿圈热处理变形分析

李振男（杭州前进马森船舶传动有限公司，浙江杭州31120

摘要：从影响齿轮热处理变形的几个主要因素入手，分析其产生的原因；并通过一系列的试验来分析影响差速器齿圈热处理变形的具体因素，采取相应措施，减少热处理变形，从而提高其精度。

关键词：差速器齿圈；齿轮；变形；热处理

1齿轮热处理变形的影响因素

热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在热处理后加上磨齿工序，变形仍然要降低齿轮的精度等级。影响热处理变形的因素较多，主要的有以下几个方面

1.1齿轮材料对齿轮变形的影响

不同炉次冶炼的同一牌号的钢材，其淬透性曲线会在一定范围内变化。由于原材料淬透性不同，导致了淬透性带宽的不同，渗碳淬火后的组织就会出现差异，变形也就不一样。

1.2预备热处理对齿轮变形的影响

齿坯预备热处理组织的均匀性和稳定性对齿轮最终热处理变形的影响很大，因为齿轮各部分的原始组织不同，其比热就不同，在热处理过程中产生的尺寸变化也就不同。

1.3渗碳工艺对齿轮变形的影响

渗碳层的均匀性、温度的均匀性、冷却介质温度的均匀性都会影响到齿轮变形。随着渗碳温度的提高，工件的形状变形加剧，淬火温度的提高．工件变形也会剧烈。

1.4装夹方式及夹具的影响

合适的装夹方式及夹具能使工件加热冷却均匀，工件各部分渗碳层均匀，以减少热应力不均，和组织应力不均，并可减小变形。

对于齿轮在热处理过程中的变形关键是掌握其变形规律。

2差速器齿圈热处理试验分析

我公司在进行差速器齿圈类零件的热处理时经常会遇到齿圈端面平面度和内孔变形的稳定性较差，以及出现同批号零件不同炉次热后变形差异很大的现象。我方着手对影响其变形的相关因素以及工装改进进行了大量的试验，试验分析主要针对以下四个方面进行：

①热前毛坯的处理状态及内部组织对热处理后变形的影响

②热处理过程工艺控制

③零件装炉方式

④材料

具体数据和分析如下：

2.1毛坯处理状态的试验

材料：20CrMoH

装料方式：同现行装料方式

现行毛坯处理状态为正火处理，我们将毛坯控制状态调整为等温退火处理，试验零件数为20个，热后检查结果，本次试验并没有改观差速器齿圈的变形问题，抽检同批号零件热前显微组织状态显示：组织为等轴的片状珠光体（P）+铁素体（F），有明显的带状组织存在。

结论：因毛坯内部组织存在明显带状组织，因此不能确定毛坯等温退火处理与毛坯正火处理零件热处理后的变形问题。

2.2热处理过程工艺控制方式的试验

材料：20CrMoH

针对目前的热处理过程，其控制方式为：渗碳淬火+回火（毛坯为正火状态），我们对零件热处理工艺进行调整，其控制方式为：渗碳+空冷+压淬+回火（毛坯为正火状态），试验零件数为20个，热后检查结果1-10#零件平均端面平面度0.073，平均内孔圆度0.042，11-20#零件平均端面平面度0.041，平均内孔圆度0.028，单位mm，总体数据分析，压淬试验可以明显改观差速器齿圈的端面及内孔变形问题。但是试验结果1-10#批次零件变形比11-20#批次零件变形恶劣。

抽检1-10#同批号零热前显微组织状态显示：组织为等轴的片状珠光体（P）+铁素体（F），有明显的带状组织存在，11-20#同批号零热前显微组织状态显示：组织为等轴的片状珠光体（P）+铁素体（F），无明显的带状组织存在。

结论：压淬虽然可以解决平面翘曲和内孔圆度变形问题，但不能改观齿轮变形问题。因为原始组织内部存在带状组织，其变形状态明显恶劣。

2.3调整零件装炉方式的试验

材料：20CrMoH

毛坯处理状态：等温退火

装料方式：改进后装料方式

现行零件热处理装炉方式，本次试验将装炉方式调整为，试验零件数为19个，热后检查

在相同材料和毛坯处理状态下，改进装料方式明显改观差速器齿圈的变形问题。

结论：改进装料方式后，可以明显改善差速器齿圈的变形。

2.4材料试验

毛坯处理状态：正火

装料方式：改进后的装料方式

分析表明其他生产条件一致的情况下，只是零件使用的材料不同，可以看出毛坯使用28MnCr5材料热处理后综合效果最好。

3试验总结

3.1压淬虽然可以解决平面翘曲和内孔圆度变形问题，但没有改观齿部变形问题。

3.2零件在预处理状态下基体内存在带状组织将导致差速器齿圈的变形加剧。

3.3调整装料方式为图6所示后，明显改善了差速器齿圈的变形。

3.4在生产条件相同的情况下28MnCr5材料制造的零件在进行生产时，零件的热处理变形稳定性良好，适合于进行大批量的生产。而20CrMoH和19CN5材料制造的零件不能保证大批量生产的稳定性。

参考文献：

［1］马宝丽.齿轮热处理变形控制对策［J］.机械工程师,2007,(12):130-131.

［2］吴玉枝.主减速器齿轮类零件热处理变形分析［J］.机械工人,2006,(12):67-68.