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厂长经理会议暨第七次质量工作会议论文 齿轮的热处理和淬火 期雠洪 好富顿(上海)高级工业介质有限公司，上海201613 摘要 加热和淬火是齿轮加工中最关键的操作工序，经此处理后将赋予齿轮以机械性能 和耐磨性能以满足抵抗高接触应力的要求并具备高的使用寿命。但遗憾的是，在齿轮 的制造中，热处理和淬火通常是被了解得最少的。由于热处理后的工件通常会产生变 形并使工件失去光泽，往往会成为后续加工工艺的“瓶颈”而广受责备。 本文的目的是想分析引起齿轮热处理和淬火变形的原因，并提出一些对性能进行 调整的方法，以便在淬火时得到合适的变形和高残余应力状态。 绪言 无论是什么产品，都可能要经过热处理和淬火。发动机零件为了耐磨和持久性， 需要热处理；飞机零件为了强度和断裂韧性需要热处理；每个自行车的车架为了强度、 轻巧和耐久也需要热处理；炉子也被特殊设计成可快捷地和以最佳的成本来进行产品 的热处理(图1)。为了满足这些要求，有必要阐述一下热处理和淬火方面的知识以便 能够始终如一地生产出一个高质量的、并且是以最经济的成本方式制造的产品。 淬火在冶金学上被定义为“受控的热量排放”，在这个定义中最关键的词是“受控 的”。淬火介质指的是可以将热量从工件带走的任何一种介质，它可以是液态的、固态 的、或者是气态的。 当一个热的零件进入液态淬火介质并与之接触时，一般存在着三个阶段。这三个 阶段就是： ·蒸汽阶段(A阶段或蒸汽膜阶段) ·沸腾阶段(B阶段或核泡沸腾阶段) ·对流阶段(C阶段) 蒸汽膜阶段指的是当被加热零件的炽热表面开始与液态淬火介质相接触的时候碰 到的阶段，此时在零件的表面将包裹上一层蒸汽状的膜。 齿轮的热处理和淬火 图1典型的用于齿轮热处理的炉子 在这个阶段，热量的转移是非常慢的，基本上是靠辐射来通过蒸汽膜的，但一部 分也靠传导。这层蒸汽膜非常稳定，只能通过增强搅拌或者添加了改善冷却速度的添 加剂才能去除它。这个阶段可能是淬火中遇到的形成表面淬火软点的主要原因。高压 力的喷射淬火和强烈搅拌可消除这个阶段。如果它是允许存在的，则这种讨厌的微观 结构就会持续形成。 淬火的第二个阶段是沸腾阶段。此时蒸汽膜开始破裂，接着，与零件表面接触的 所有液体喷射出沸腾状的气泡。这是淬火中冷却速度最快的一个阶段。高的热量排除 速率使得热量从炽热的零件表面被带走并进一步传递到液态淬火介质中，而零件的表 面被冷的液体所覆盖。在很多淬火介质中，于一个选定的液态介质中加入的添加剂可 增强能获得的最大冷却速度。当零件的表面温度达到液体的沸点温度以下时，沸腾阶 段就结束了。对很多有变形倾向的零件来讲，为使钢淬硬就要求介质具备足够快的冷 速，因此可选用沸点温度高的油或盐水，但这两种介质在感应淬火中很少使用。 图2常规淬火油淬火时三个阶段的示意图 厂长经理会议暨第七次质量工作会议论文 淬火的最后阶段是对流阶段，它开始于零件温度达到淬火介质的沸点温度以下。 热量通过对流的方式转移，并且受到淬火介质的热量特性和导热系数的控制，且零件 的温度与淬火介质之间的温度是不同的。对流阶段一般是三个阶段中冷却最慢的一个 阶段，事实上，大多数的变形都发生在此阶段。图2是淬火三个阶段的一种示意图。 图3则是一种圆柱型温度探头在淬火时出现的三个阶段的实拍像。 图3一种圆柱型探头在1600。F于油中冷却时三个淬火阶段的实拍像 想要获得最佳性能和低的变形经常是一个求平衡的过程。最佳性能往往是在付出 了高残余应力和高变形代价的基础上获得的，而小的变形或残余应力的获得又是建立 在牺牲了性能的前提下。因此，最佳淬火冷却速度应该是正好和性能相匹配的一种速 度，而这种情况下就表现出最小的变形。 为了获得一个合适的强度和韧性，必须将奥氏体转变成马氏体，然后经回火形成 回火马氏体的显微组织。为了得到从奥氏体到马氏体的转变，必须要有一个极快的淬 火冷却速度。这个冷速必须足够的快以避免形成像贝氏体和珠光体这类的转变产物， 而应该是奥氏体全部转变成马氏体。这个临界的淬火冷速应该