齒輪淬火變形的分析和對策

7T火車后橋錐齒輪是汽車傳遞動力和改變速度的重要零件，工件材料為22CrMOH鋼。生產中發現，齒輪熱處理后部分工件出現貫穿性裂紋，另外一些齒輪發現起邊超差缺陷，造成不少齒輪失效報廢。

錐齒輪要求滲碳層深度為1.7-2.1mm，碳化物為1-5級，馬氏體和殘留奧氏體為1-5級，表面硬度為60-64HRC，芯部硬度為35-40HRC。檢驗發現齒輪花鍵根部應力集中部位是裂紋源處，裂紋沿軸向擴展貫穿軸頸本體，部分主動齒輪裂紋嚴重貫穿齒根與齒頂處，開裂特征明顯。金相組織檢驗發現，主動齒輪帶狀組織中鐵素體帶處是裂紋，裂紋擴展并與帶狀組織平行。部分裂紋呈鋸齒狀形貌，同事出現嚴重的次生裂紋，部分裂紋呈碎裂狀形貌。

分析認為，從動齒輪畸變超差失效是因工件組織均勻性差，帶狀組織嚴重引起的，工件在熱處理中各個部位膨脹系數以及相變比體積變化差異大，引起較大的組織應力，造成工件畸變過大超差而失效。主動齒輪出現軸向裂紋系因帶狀組織嚴重超差造成的。由于帶狀組織嚴重，相鄰部位顯微組織不同，差異很大，在外力作用下，性能薄弱處和強弱帶間適應力集中處，該處力學性能低而各向異性明顯，并且處于高應力作用，其橫向強度比縱向斷裂強度明顯低下，在熱處理中產生的組織應力和熱應力作用下，主動齒輪在應力集中薄弱區域萌生裂紋并擴展快裂。

根據以上分析，提出工藝改進措施如下：

（1）生產中從首工序嚴吧材料檢驗質量關口，要求帶狀組織≤3級，其他各項技術參數，性能指標合格，無縫鋼管內壁淬火機型號齊全，不允許不合格材料混入生產流程。

（2）齒輪鍛件毛坯件應進行金相檢驗，帶狀組織≤3級的合格坯件可進入加工程序，防止不合格鍛件進入再加工工序。

（3）建議鋼廠個鍛造廠采用新技術工藝，提高鋼材和鍛件毛坯組織性能質量，為減少和消除齒輪組織缺陷和畸變裂紋缺陷失效奠定基礎。

金屬配件使用高頻淬火的好處

一方面高頻淬火的好處體現在應用范圍

1、高頻淬火也可以稱作高頻退火機，鋼材生產企業各類線材、帶鋼淬火、退火、調質等熱處理生產線，帶自動閉環溫控系統，實現溫度控制。

2、透熱成型（高頻淬火設備可以稱作高頻加熱爐，高頻透熱爐）

A、各類標準件、緊固件、機械零配件、五金工具、直柄麻花鉆的熱鐓、熱軋。

B、金屬材料加熱退火。如：鋼管拉伸、彎管、砸頭；鐵絲、鋼絲加熱制釘；不銹鋼制品退火、漲型。

3、熱處理（高頻淬火處理）

各類五金工具、電動、液壓、氣動元件、汽、摩配等機械金屬部件的表面、內孔、局部或整體淬火。如：錘、刀、剪、鉗及各類軸、凸輪、鏈輪、齒輪、氣門、球頭銷、大型機床導軌、球墨鑄鐵的淬火，各種金屬線材熱處理流水線。

4、釬焊（高頻焊機，高頻釬焊設備）

各類硬質合金刀頭、車刀、銑刀、 刨刀、鉸刀、金剛石鋸片、鋸齒的焊接；磨具、鉆具、刃具的焊接；黃銅、紫銅、不銹鋼鍋底等金屬材料的復合焊接。

5、金屬熔煉:熔煉金、銀、銅等。

6、其它加熱領域

FW250分度頭主軸采用高頻淬火設備進行熱處理的具體工藝

FW250分度頭主軸的材料為45鋼。熱處理技術要求：除法蘭盤與中部硬度≤30HRC，其余為45-50HRC。為滿足其技術要求，采用高頻淬火設備進行熱處理，效果良好。

（1）工藝流程 下料一鍛造一正火一粗加工一調質一機械加工一φ48.2mm段局部淬火、回火一機械加工一感應淬火、回火一精加工。

（2）熱處理工藝

1）正火。采用高頻淬火設備，加熱溫度為830-850℃，出爐空冷。

2）調質。毛坯經粗加工后進行調質處理。其淬火加熱溫度為820-840℃，先水淬30s左右再入油冷卻；高溫回火溫度為610-630℃，空冷。淬火硬度≥50HRC，回火后硬度為235-265HBW。

3）φ48.2mm尺寸局部淬火、回火。選用高頻淬火設備進行局部淬火。其淬火加熱溫度為820-840℃，先水淬20s左右再入油冷卻；回火加熱溫度為340-360℃。

局部淬火部位硬度為45-50HRC，徑向圓跳動不大于加工余量的1/2。

4） 法蘭盤與中部感應淬火、回火。采用高頻淬火設備，感應器選擇自噴水式結構，其內徑為淬火部位外徑+（4-6mm）。淬火冷卻介質為清潔水。其淬火加熱溫度為880-900℃，陽極電壓為13.5kV，陽極電流為6A，屏極電流為1.2A，主軸連續淬火的相對移動速度為100mm/min。回火溫度為280-300℃，回火后，硬度＜30HRC。

5）校直。對個別畸變超差件，可采用200kN液壓校直機校正。校直后進行低溫回火，以消除殘余應力。