机械齿轮钢渗碳热处理变形行为分析

杨鑫+张笑康+刘美莉

摘 要：本文主要是以20cr2ni4a以及钒位合金的齿轮钢为主要研究对象，在对不同类型的淬火进行使用，以此达到变形的目的。还对渗透碳热处理的碳深度以及组素质演变的规律进行了较大的深入化的研究。从这个方面可以看到，伴随着淬火这种方式的使用，空冷一直到水冷再到油冷，整个齿轮使用的变形程度都是逐渐上升的趋势。油淬火在整体处理之后齿轮钢的硬化程度上要比孔淬火处理低。在整体油淬火处理之后，齿轮钢组织当中含有的一些细小的马氏体组织就会比显微的硬度要高。以下对机械齿轮钢渗碳热处理变形的基本行为进行研究分析，借此希望能够对工业发展起到积极的促进性作用。

关键词：机械齿轮；钢渗碳热；处理；变形行为；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.044

齿轮是机械设备当中非常重要的零部件，具有较强的传递动力，对齿轮进行制造主要使用的钢的种类有调制刚、淬火钢以及渗碳钢等等，这些齿轮使用的钢在强度上都非常大，具有较强的耐磨性还能够抵抗冲击力，因此能够让齿轮在机械设备当中长期的安全的稳定的使用。要想让齿轮的综合性能得以有效的发挥就需要对齿轮进行钢渗碳热化处理，世界上的每一个国家在对钢种的使用上都有一定的要求，并且也在制定和完善的过程中有了相应的处理技术，因此本文主要是对机械齿轮中的额钢渗碳热变形处理技术进行研究和分析。

1 实验所用的材料和方法

在我国的齿轮钢使用过程中主要是以20cr2ni4a为原型的，在真空感的熔炼过程中使用V合金的齿轮钢冶炼，实验所使用的为A组位合金化钢，还有B组未微合金化钢[1]。这两种实验都使用了钢锻造的方式进行直径大约为60毫米的圆棒形状获取。在做好截取工作之后还需要使用700摄氏度的高温进行退火处理，对照AB两个样式的钢毛坯淬火处理技术，温度都需要在900摄氏度左右，时间大约为一个小时，然后還要在180度的温度中进行回火的处理，时间为两个小时。淬火冷却这样的方式可以使用水淬，以及油淬还有空淬。在退火之后还需要使用钢棒创建缺口，缺口为C类型的，之后做好渗碳的处理。渗碳使用的是游标的卡尺对每一个缺口的宽度进行测试，然后经过渗碳处理之后进行冷却的处理，以此让变形有一定的依据。试样在热处理之后还需要使用电子类型的拉伸机进行拉伸的测试，距离保持在30毫米左右，在拉伸的速度上也需要保持在每分钟两毫米，使用冲击试验机器进行冲击试验的过程中，能够测得常温下的冲击功值。硬度主要是使用维式硬度针，并且设定载荷为100克，时间为20苗的，相应的打磨之后，还需要进行抛光的处理，使用大约4%硝酸酒精在显微镜下进行观察[2]。

2 结果的分析

2.1 渗碳热变形的影响分析

渗碳热处理之后能够看到两种刚才的关系，淬火方式的改变主要是从空冷一直到水冷，再到油冷，并且两种刚才在变形的效率上也是呈现上升的局面。在不同的淬火方式下，齿轮钢的变形率A组要比B组低。A组在使用钢的空淬状态下所表现出来的变形率为0.34%，经过水淬的方式之后上升到2.9%，如果是油淬的方式为3.8%。在B组当中如果是空淬，那么变形率就是0.52%，水淬的方式变形率为3.7%，油淬的方式变形上显现为4.5%。这样就能够清楚的看到，两种齿轮钢油淬可能出现变形的概率更高，这样也可以通过淬火的方式获得变形，最后引起工件尺寸方面的变化，在一般情况下，这两种变形也可能会一起发生。在经过渗碳热处理之后，刚才的心部在硬度上和淬火的方式是呈现相关性的，也能够看出来，伴随着淬火的方式改变，从空冷到水冷再到油冷，就能够看见心部在硬度方面有所提升，同等的淬火方式下B组的齿轮硬度呈现出变化。齿轮的钢热处理在变形上主要是发生在淬火的过程中，但是淬火的方式是不同的，由此齿轮也会发生较大的变化，通过齿轮的心部硬度可以对齿轮的变形进行多方面的分析和研究[3]。

2.2 力学方面的性能分析

两种齿轮使用钢经过不同淬火处理之后样式就会发生变化，这样的变形行为也有非常多相似特点，并且在取样试验中使用孔淬的处理办法能够和油淬火的处理办法相对比，从分析中看到，使用不同的淬火方式，在齿轮的力学性能表现上也是不同的，还会对渗碳的规律产生影响。经过渗碳空淬火以及油淬火的处理之后在抗拉强度上以及屈服的强度上都有一定的后样，拉伸率和断面的收缩率相当。伴随着距离的增加，两种淬火的方式在齿轮钢显微镜之下呈现逐渐的降低趋势，在国家的标准基础上进行渗碳热的硬化层处理，并且以550HV的有效性渗透深层为主要依据，经过多方面的油淬处理之后，样品在处理以后就会出现深度为1.33毫米左右的硬化现象，这样的现象在经过油淬处理之后能够看到显微硬度比空淬的硬度高出很多，甚至能够达到750HV，经过空淬后之后的在硬度上也能够达到700HV，油淬热处理之后的心部硬度大约在520HV。这些硬度的表现和淬火的方式有非常大的关联性，在齿轮钢组织中一般都是由马氏体组织构成的，并且经过空淬处理之后也形成了贝氏体+马氏体的组织，这些组织特点让渗碳热处理之后的强度还有硬度都有所提升，并且贝氏体组织整体上的强度也比马氏体要高出很多，整个韧塑性比马氏体高，因此在经过空淬之后的齿轮在伸展方面的断面收缩和油淬热处理齿轮钢出现相当的局面[4]。

3 结束语

综上所述，本文对以20cr2ni4a为例，对机械齿轮钢渗碳热处理变形行为进行了分析和研究。淬火的方式主要有三个流程，分别是从空冷到水冷再到油冷，齿轮中使用钢需要在变形上做出更多的有效性的处理。在油淬之后的钢齿轮处理在硬度上有所超越，要比空淬的方式要好很多。在经过油淬之后，齿轮的刚组织中有很多的马氏体组织，从研究中看到硬度要比贝氏体+马氏体的齿轮处理方式高出很多。借此希望本文的分析和处理能够对钢铁生产起到积极地促进性作用，提升齿轮钢的使用效果。

参考文献：

[1]赵文军，刘国强，王金栋等.20Cr2Ni4A齿轮钢高温渗碳工艺[J].金属热处理，2015，40（12）：142-145

[2]眭小利.锻造及热处理工艺对20CrMoH钢组织与性能的影响[J].锻压技术，2015，40（09）：7-10，20.

[3]刘倩.重载齿轮用钢喷丸工艺及组织演变研究[D].哈尔滨工程大学，2014.

[4]惠英龙.20CrMnMo大模数齿轮激光淬火工艺有限元分析及试验研究[D].青岛理工大学，2014.