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先进的齿轮感应热处理工艺与装备

摘要：同常规渗碳、渗氮工艺相比，感应热处理具有节能、生产周期短、节约渗碳齿轮材料、环境友好、可在线生产及测试等优点。近年来，国内外感应加热技术在提高产品质量、改善设备性能、增加淬火装置的容量、发展淬火机床、提高机械化和自动化程度等方面都有了很大进展。因此，随着齿轮感应热处理工艺与装备的不断改进，先进感应热处理技术也不断地被采用，其在机床、汽车、拖拉机、机车及工程机械等行业将得到广泛的应用。

关键词：齿轮感应热处理工艺装备

中图分类号：TG162.73;TG155.2*1文献标识码：A

1先进的齿轮感应热处理工艺

1.1低淬透性钢的感应热处理工艺

一些齿轮(如模数2.5~6mm)采用单齿沿齿槽加热淬火比较困难，而采用整体加热淬火只能淬透到齿根以上部位。为了解决工艺上的这种困难，前苏联发明了成本较低的低淬透性钢，通过钢的低淬透性感应加热淬火，可获得沿齿廓分布的硬化层，在轮齿表面得到高的硬度同时，心部硬度也得到了提高，轮齿表面具有很高的残余压应力，因此齿轮的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度及其综合机械性能也得到了提高。

(1)俄罗斯低淬透性钢齿轮的感应淬火

卡玛斯汽车厂第一代低淬透性钢58钢、54Nn

钢、60nn钢，经整体加热淬火后，其奥氏体晶粒细小(10~12级，「oCT5639—88),具有良好的综合机械性能。

俄罗斯3Mn—164型汽车后桥齿轮已成功地

■哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司金荣植

采用55Nn(相当于国内55DTi钢)低淬透性钢进行感应加热淬火。又在T25A拖拉机差动齿圈上采用了低淬透性钢54nn。经感应加热淬火后，齿轮变形小于渗碳淬火，抗弯强度比18X「T(相当于国内20CrMnTi)渗碳齿轮高40%,台架及批量试验结果证明其具有很高的综合力学性能。低淬透性钢齿轮在重型载货汽车上的应用见表1。

近年来，俄罗斯又开发出第二代低淬透性钢，其淬透性范围更窄、更稳定。理想临界直径偏差D临界为8~10、10~12、12~14mm。在感应加热条件下，晶粒度可达11~12级。已成功应用于汽车后桥5种齿轮。后桥圆柱齿轮副和锥齿轮副(含主从动齿轮),以及中桥的主动齿轮，均采用60nn与80nn钢替代批量生产的渗碳合金钢20X「HTMA(含Cr、Mn、Ni、Ti及Mo的低碳合金钢)。齿圈及主、从动圆柱齿轮，采用中频电源进行整体加热，用高压泵进行喷液冷却。表2为60nn、80nn低淬透性钢齿轮

2011年第11期

汽车工艺与材料ATM

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生产现场

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零件类型

表1低淬透性钢齿轮在重型载货汽车上的应用

钢号

原工艺(渗碳淬火)新工艺(感应加热淬火)

效果

后桥圆柱及圆锥齿轮

30XIT20XHM

25XHM等

58(55IⅡ)或ⅢX4

1.提高了齿轮的使用寿命

2.取消了渗碳工艺，节约了电

齿轮模数5mm的传动箱

及变速器常啮合圆柱齿轮

1

30XFT20XHM25XHM

5XFHT

A等

58(55IⅡ)或ⅢX4

能，减少了排放

3.节省了齿轮合金元素Cr、Ni、Mo,降低了齿轮原材料成本

表260nn、80nn低淬透性钢齿轮感应淬火后的硬度、层深及显微组织

钢号

淬火温度/℃

淬硬层深/mm

硬度HRC

表面心部

显微组织

淬硬层

心部

60nn

810~850

2.1-2.3

57~59

30~40

细针状马氏体

托氏体、索氏体

80π

810~850

2.1~2.3

60~61

35~42

细针状马氏体

托氏体、索氏体

感应淬火后的硬度、淬硬层深及显微组织。

采用低淬透性钢整体淬火制造重型载货车齿轮，其强度和性能与20XH3A(相当于国内20CrNi3A钢)渗碳齿轮相当。

(2)国产低淬透性钢齿轮的感应淬火

目前，国内较常用的低淬透性钢有55Ti、60Ti及70Ti。低淬透性钢齿轮的感应加热淬火工艺参数选择如下。

即进行淬火冷却。

b.淬火温度及加热速度

低淬透性钢的上临界点较低，淬火温度一般控制在830~850℃。加热速度不宜过大，以避免齿顶与齿根部温差过大，一般采用0.3~0.5kW/cm2的功率密度。

c.淬火冷却

低淬透性钢的临界冷却速度较高，达到400~1000

a.频率

低淬透性钢齿轮感应加热频率的选择可参考表3。

表3低淬透性钢齿轮感应加