汽车末端齿轮的感应加热表面淬火

汽车末端齿轮的感应加热表面淬火 Ⅱ．C．Fyp eⅡI~O等 渗碳处理是 目前汽车和拖拉机重载齿轮 妁主要强化方式。苏联明斯克汽 车 制 造 厂 (MA3)用 l2XH3A、l8XrT、30XrCA 钢制造的模数为 4．o和 4．5mm 的汽车末 端 齿轮，经渗碳处理，其渗层深度达到 1．0～ 1．5ra11"1，然后热处理到 表 面 硬 度 高 于 57 HRC。但是，经过这种处理后的零件加工性 不高，因为厚度不大的齿冠产生极大 的径向 和端面变形。 该厂对末端齿轮的轮齿工作表面的局部 强化，按照用于小批量生产的某些零件的工 艺进行了试验。根据这种工艺，齿轮的每个 齿淬火时分别在感应圈中加热6～7秒，然后 进行层流水冷。随后齿轮在280~C回 火 以消 除内应力。此时齿轮的表面 硬 度 为 46~50 HRC。图l表示轮齿淬火区的分布情况 。 图1 轮齿感应淬火区示意图 对45钢制造的末端齿轮按照每个齿依次 被感应加热后再冷却的方法淬火，装配这种 齿轮的汽车经过8年的运行试验，结果表明其 耐磨性并不亚于经渗碳处理的齿轮。同时由 于齿冠厚度减小而使齿轮的重量降低。然而 这种处理工艺的缺点是生产率低，而且有可 能在淬火过渡区内形成微裂纹。这些裂纹由 齿窝向齿冠中心发展，在运行过程中很容易 导致疲劳破坏。 最理想的工艺是在对齿冠表面加热的同 埘 按照齿形进行齿轮的感应淬火，但要保证 均 匀加热到所需深度是很 困难的。对于大直 径薄壁齿冠采用深度加热并按齿形淬火也是 一 66 一 不可 能的，因为变形太，而且要求使用具有 规定淬透性的特定钢。沿齿窝淬火的方法只 有对大模数齿轮才是可行的。利用运动的感 应圈从一个齿顶经齿窝到达下一个相邻的齿 顶，使工作面很窄小的区域被加热 和冷却， 这种对齿面持续不断淬 火的方法与上述几种 方法相比具有重大的工艺优越性。 在上述方法的基础上，研究 出了根据末 端传动齿轮内表面齿窝轮廓进行淬火的方法 和设备 (见 图2)。该淬火设备包括齿轮一心 轴I，在它的轮彀孔中借助于止推滚柱2安装 待淬火 的齿轮3，待淬火齿轮的旋转和振动相 应地使其 由电动机 4经过齿轮一心轴l和偏心 轮5，保证在热处理周期的全部过程 中 齿面 不断移动，与固定的感应圈 6保持一定的距 离。实现这 一点的条件是 ∞t：=m。·n。式中 ∞ 、∞。分别为偏心轮和心轴的旋转角速度} n是淬火齿轮的齿数。这样，在垂直平 面 内 的一个振动周期里，齿轮围绕 自己的轴线转 一 个齿的位置。 图2 县有内齿的齿轮淬火设备 还研究出一种设备，在这种设备中待加 工的齿轮不装在齿轮一心轴上，而是固定 和 套在活动的齿轮轴及支撑的行星齿轮上。在 维普资讯 http://www.cqvip.com 此情况下，设备在垂直半面内的一个振动周 期里齿轮轴使待加工的齿冠转一 个 齿 的 距 离。 在上述两种情况下，被强化的表面都是 在加热后进行喷水冷却，而齿轮表层 以下部 分则被水冲洗。同时，齿轮被淬火部分和感 应圈都浸没在水中。水流以0．3～I．0m／s的 速度沿感应圈轴线的方向向水池中供水。 在齿轮的处理过程中最复杂的是在感应 圈和淬火表面之间保持固定 的 间 隙 (h一 0．2～0．5ram)。感应圈位置的移动或设 备 传动机构受损害，都将导致淬火过程 中工作 间晾的变化以及齿的工作面上淬火层厚度不 均。为了克服这一缺点，带有柔软的通电导 线的感应圈能够漂浮起来，而且 附 加 定 位 器。此时带定位器的感应圈利用绞链固定使 其位置通过绞链的摩擦力来确定。这种固定 法能够从一个齿到另一个齿连续地补偿感应 圈位置向上的总误差。 为了使沿齿面轮廓的淬火层达到均匀的 厚度，在淬火时待加工表面相对于感应 圈的 移动速度要平稳地由齿顶处的最大值 (I 5～ 25mm／s)变化到最小值 (2～5mm／s)。同 时可通过调整 感应圈和齿窝之间的缝隙d a来 控制齿窝淬火层的厚度，由此而确定定位器 和感应圈之间的相互位置 (图3a，b)。这样， 当d{为0．25～0．5mm时，无论是齿的 侧 面 还是齿窝的淬火层厚度都大致相同 (图 4， 略 )。d s=I．5～2mm，仅在齿的侧面出现 淬火区，而在齿窝处未发现淬火区。 图3 感应 圈位置与津火表面 (a， b)和加热区 (C)的关系 1一砖应圈．2--基本加热区，A一齿轮 振幅．d a一感应固与齿窝的最小间隙 按照上述方法，对三种MA3汽车的末端 齿轮进行了热处理 (见表I)。这时感 应 圈 相对于淬火齿的运动曲线近似于振 幅 l 8mm 的正弦曲线 (见图3a)用外径2．8～3．0ram、 壁厚0．5ram的铜管制备感应 圈。使用电子管 换能器加热齿轮。系统 的 内压 力 为0．4～ 0．6MPa时用于冷却感应圈的水量消耗为Q 一3～5 I／rain，淬火时QB—I 5～25 I／rain。 长度50~60mm的一个齿窝的淬火时间 大 约 d- d i In 齿轮 钢 l 蛐 、40X 422 365 4．5 2 375 328 4．5 一 3 3 tXFCA‘40X 267 229 l 4．0 注 ：d d 分 别为外圆和舟度圆直 径 ，m—— 模数。 为l～2．5秒。齿数i"I=82和5I的一个齿轮的全 部齿面自动运行时的淬火时间分别为4．5～5 和3．0～3．5分钟。 齿面的淬火区如图4a(略 )所示。上 一 个齿窝淬火的结束区和下一个齿窝淬火的开 始区，和整个齿轮的淬火开始区和结束区一 样，处于同一个齿的顶部两个相反的侧面。所 有齿的顶部表面的中间部分并未淬火。圈为 在一个齿的第二个侧面淬火时，这个齿刚淬 完火的相反的那个侧面受到流水的冲洗齿顶 基本淬火区达到淬火温度的，计算加热时间 为0．2～0．5B，因而不会出现由于经过齿体 的热传送而使已淬火的表面明显回火 (即硬 度降低 )。金相研究的结果也证明了这一点。 用30XFCA钢制造的齿轮按新方法淬火后， 沿齿的截面及齿窝处的硬度分布如图5所示。 图6(略 )表示淬火后齿轮表面及 心 部 的组织。4o钢和4OX钢齿轮淬火区的表面硬 度为56～62HRC。 测量了淬吠 前，后齿轮的直径。查明分 一 67— 维普资讯 http://www.cqvip.com 图5 3oXFCA钢齿轮表面淬火后截面硬度的 分布 (工件相对于感应圈的移动速 凄不 同 ) 度圆直径为229mm的3oxFCA钢齿轮 的 齿 顶处，在以齿轮轴和行星齿轮支撑为基础时， 淬火过程中这一直径的平 均 变 化 是 Ad。一 0．04ram。而批量生产的18XrT齿轮，经渗 碳处理强化 (渗层厚度0．9～1．3mm )并 模 压淬 火后，Ad。达0．30mm。 对用30XFCA钢制造、分度圆直径 d一 229mm的两种齿轮做 了台架对比试验。试验 所用载荷Mk 一2200N·m，速度为 800转／ 分钟。经500小时台架试验后 (相当于 38吨 重的汽车行驶26万公里 )，所有齿轮都保持 继续工作的能力而无明显磨损。因此，可推 荐感应淬火方法用于生产。 用d／+别为422和328mm的4O和40X钢制： 造的齿轮，按新方法淬火 (淬火层 厚 i．5～ 2．2ram)后安装在汽车上，自1 987年运行至 今未发生破损。 因工件的成本降低而获得的经济效益达 1oY／多卢布。 结论 齿轮以相对于平行其母线的感应线圈不 同的速度运动，在运动过程中对齿面进行连 续感应淬火可保证沿齿 面 外 形 得 到 厚 度 (1．O～2．2ram )均匀的淬火层，残余 变 形 量小而表面硬度高(40钢、4OX钢和3oXFCA 钢的硬度为56~62HRC)。 参考文献 (略 ) 祖蒙祥译 自《M 15 TOM》，1990，No． 6， 9～ l 3 无间隙原子钢的开发与应用现状 K。Httlka等 在工业国家，尽管钢的生产几乎处于停 滞状态，但是薄钢板，特别是表面处理的薄 板的生产却有不断增长的趋势，特别是无问 隙原子钢 (IF钢 )。这类锕的急剧增长是由 于用户的需求量增加 以及在现代化钢厂中能 进行大工业生产。 l 990年5月10日在杜塞 尔多夫召开 的 国 际讨论会上 ，日本的两家为首的薄板生产厂， 即新 日本钢铁公司和川崎钢铁公司的代表就 现代的IF钢的生产条件、性能和市场 情 况 作了介 绍。 对用于深冲或拉拔的冷轧薄钢板，采用 传统的铝镇静钢或非合金化钢，这些钢在罩 式炉中进行再结晶退火。近几年，用连续炉 一 68一 进行连续退火的技术显示 出其重要性，但是 铝镇静钢和非合金化钢经上述处理后 的冷变- 形性能差 (图1)。而IF钢因具有较高的r值 (垂直方向各向异性 )和n值 (硬化指 数 ) 而使其冷变形性能不受影响。 IF钢是通过微合金化元素得到 低 的 碳 和氮含量而显示出其性能的优异性的，典型 碳含量低于0．010 。为了稳定化，使 用 了 碳化物形成元素钛和铌。由于钛的原子量低 且钛铁合金的价格低，因而传统上多使用它。 当考虑到碳和氮结合肘的化学{{算，与铌相 比，价格上有优点，其比例大约为4。l。 在过去的l 0年 日本IF钢的产量 急 剧 上 升。其 中川崎钢铁公司的产量由l980年 的不 维普资讯 http://www.cqvip.com