齒輪是機(jī)械傳動中的主要部件，我廠在接受125摩托車齒輪的生產(chǎn)任務(wù)中共有7種齒輪，技術(shù)要求如表1所示。
表 1
零件名稱 | 滲層深度/mm | 表面硬HRC | 心部硬HRC | 圓跳動量/mm |
主動齒輪 | 0.4~0.6 | ≥55 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅰ軸Ⅱ速齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.06 |
起動齒輪 | 0.2~0.35 | ≥55 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅱ軸Ⅲ速齒輪 | 0.4~0.7 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
Ⅰ軸Ⅰ速齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
Ⅱ軸Ⅰ齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅱ軸Ⅱ速齒輪 | 0.4~0.7 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
幾種齒輪均采用低合金鋼20CrMnTi制成。為提高齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度及抗咬合、抗擦傷性能，要求經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行碳氮共滲。由于受生產(chǎn)設(shè)備限制，我廠僅能進(jìn)行氣體碳氮共滲。經(jīng)多次試驗(yàn)和大批量生產(chǎn)，齒輪熱處理質(zhì)量達(dá)到了技術(shù)要求。
1.熱處理工藝參數(shù)的確定
根據(jù)產(chǎn)品的要求，制訂的零件工藝流程為：調(diào)質(zhì)→制成直齒輪→氣體碳氮共滲→淬火、回火。
考慮到我廠氣體碳氮共滲是用上海電爐廠產(chǎn)的RQZ—60—9式滴注井式氣體滲碳電阻爐進(jìn)行氣體共滲。碳氮共滲用的液體介質(zhì)是用滴量器對流量進(jìn)行控制。碳氮共滲質(zhì)量完全依靠操作工人對滴數(shù)，火苗進(jìn)行嚴(yán)格控制。
（1）調(diào)質(zhì)溫度
根據(jù)材料和硬度要求，確定調(diào)質(zhì)溫度為（870±20）℃，回火溫度（660±20）℃。
（2）碳氮共滲溫度
碳氮共滲中的溫度是決定滲層質(zhì)量的主要原因，其碳氮濃度在爐中的變化情況是：在共滲層中碳量隨溫度升高而增加，氮量隨溫度升高而減少。而共滲層中碳原子分布變化情況是：碳原子的穿透深度隨溫度的升高而加大，氮原子的穿透深度隨溫度升高而有所減少。在碳氮共滲層中成分要求一般是：wC=0.8%~1.15%，wN=0.2%~0.4%為最佳。為了獲得這個較佳的滲層成分，又考慮到要盡量減少齒輪淬火時的變形，經(jīng)多次試驗(yàn)最后確定采用（860±20）℃。
（3）碳氮共滲保溫時間
在碳氮共滲溫度（860±20）℃下，用共滲劑煤油和三乙醇胺進(jìn)行碳氮共滲，經(jīng)在保溫時間內(nèi)進(jìn)行抽樣切割檢查碳氮共滲層深度合格后，確定七種齒輪碳氮共滲的最佳保溫時間是4~6h。
（4）碳氮共滲劑的選用
在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益同時又保證齒輪碳氮共滲的質(zhì)量，從試驗(yàn)到大批量生產(chǎn)，采用煤油和三乙醇胺作氣體碳氮共滲工藝用的共滲劑。
（5）碳氮共滲劑比劑的確定
碳氮共滲對于共滲劑煤油和三乙醇胺的比例很重要，它們是決定共滲層質(zhì)量的關(guān)鍵，它們的比例不恰當(dāng)會嚴(yán)重影響共滲過程中碳氮原子滲入速度和共滲層中的碳氮濃度。經(jīng)過反復(fù)對比實(shí)驗(yàn)，確定采用1：2.5為碳氮共滲階段煤油和三乙醇胺的流量。由操作工人通過控制每分鐘的滴數(shù)來控制它們的流量，從而達(dá)到確保共滲透層的質(zhì)量。
（6）碳氮共滲后淬火
齒輪在860±20℃下進(jìn)行碳氮共滲直到共滲保溫階段結(jié)束，檢查試樣共滲層深度合格后就出爐直接淬火，油溫50~80℃冷透，效果良好。
（7）回火溫度
齒輪經(jīng)碳氮共滲透及淬火后，必須進(jìn)行低溫回火，回火溫度180±20℃空冷、冷透。
3.齒輪熱處理工藝
熱處理各參數(shù)確定后，制定了如下工藝規(guī)程。
（1）齒輪調(diào)質(zhì)工藝：淬火溫度870±10℃冷卻介質(zhì)20號機(jī)油，油溫50±80℃，回火溫度660±20℃，空冷、冷透，24~38HRC。
（2）氣體碳氮共滲工藝：共滲溫度860±20℃ ，共滲時間4~6小時。
（3）淬火，回火工藝：齒輪碳氮共滲后直接淬火，油冷，油溫50±80℃冷透。回火溫度80±20℃空冷、冷透。
4.大批量生產(chǎn)及效果
上述熱處理工藝規(guī)程經(jīng)過多次試驗(yàn)和抽件切割檢查證實(shí)，能滿足零件的技術(shù)要求。檢查合格的齒輪經(jīng)裝配和試車考驗(yàn)證實(shí)使用性能良好，于是進(jìn)入大批量生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)后的齒輪對其調(diào)質(zhì)硬度、淬火及回火硬度、變形等項(xiàng)目分別按每爐10%抽樣檢查調(diào)質(zhì)硬度、淬火及回火硬度，按每爐抽樣檢查碳氮共滲層深度、對變形項(xiàng)目全部進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如表2示：
表 2
序號 | 零件名稱 | 滲層深度/mm | 心部硬度HRC | 表面硬度HRC | 圓跳動量/mm |
1 | 主動齒輪 | 0.42~0.45 | 24~38 | 56~59 | 0.036~0.045 |
2 | Ⅰ軸Ⅱ速齒輪 | 0.42~0.45 | 24~34 | 58~61 | 0.041~0.056 |
3 | 起動齒輪 | 0.30~0.35 | 22~32 | 56~58 | 0.043~0.054 |
4 | Ⅱ軸Ⅲ速齒輪 | 0.42~0.45 | 23~35 | 58~63 | 0.041~0.056 |
5 | Ⅰ軸Ⅰ速齒輪 | 0.42~0.45 | 24~36 | 58~61 | 0.042~0.057 |
6 | Ⅱ軸Ⅰ齒輪 | 0.42~0.45 | 25~37 | 58~61 | 0.041~0.054 |
7 | Ⅱ軸Ⅱ速齒輪 | 0.42~0.46 | 24~36 | 58~62 | 0.045~0.058 |
5.生產(chǎn)中曾出現(xiàn)的問題及補(bǔ)救措施
生產(chǎn)齒輪近五年，齒輪熱處理質(zhì)量穩(wěn)定，但也出現(xiàn)過共滲層硬度偏低，共滲層淺等問題，經(jīng)采取措施順利地解決了問題，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。
對齒輪在碳氮共滲后出現(xiàn)硬度偏低，經(jīng)過詳細(xì)分析找到了產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因：是在共滲階段對煤油和三乙醇胺流量即每分鐘滴數(shù)未嚴(yán)格控制。
經(jīng)對齒輪重新進(jìn)行碳氮共滲處理，在860±20℃重新進(jìn)行碳氮共滲保溫階段按具體情況調(diào)整、煤油和三乙醇胺的流量，即控制它們每分鐘滴數(shù)，同時調(diào)整保溫時間，經(jīng)過上述措施，效果較好。
對齒輪在碳氮共滲后出現(xiàn)共滲層淺進(jìn)行詳細(xì)分析認(rèn)為：產(chǎn)生原因是齒輪在碳氮共滲階段保溫時間短，未嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，經(jīng)重新進(jìn)行碳氮共滲補(bǔ)救，通過延長860±20℃時的保溫時間，就達(dá)到滿意的效果。
6.結(jié)論
生產(chǎn)的七種齒輪經(jīng)多次抽件切割考核質(zhì)量一直穩(wěn)定，又經(jīng)多次裝配試車考核，證實(shí)經(jīng)熱處理后的齒輪具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度和較高的耐磨性，使用性能良好，這充分表明采用氣體碳氮共滲完全能滿足產(chǎn)品要求。
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