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減小薄壁類齒輪淬火變形的一種措施

發(fā)布時間:2020-07-27 已經(jīng)有1人查過此文章 返回感應淬火列表

薄壁類零件淬火變形是熱處理生產(chǎn)過程中的一大難題。對16Cr3NiWMoVNbE材料高精度齒輪兩次滲碳后淬火過程中,通過采用撐規(guī)淬火的方法,有效解決了零件淬火變形問題,得到了較好的效果。

 

16Cr3NiWMoVNbE是一種多元素復合合金化的結(jié)構(gòu)鋼,是我國近年來研制出的新型航空發(fā)動機齒輪材料。16Cr3NiWMoVNbE鋼是為航空發(fā)動機齒輪部件制作而開發(fā)、研究的鋼種。其強度高、塑韌性良好,并具有較高的熱強性、淬透性、滲碳性和熱加工性,從而具有良好的綜合使用性能和加工性能,完全滿足了航空事業(yè)對高性能材料的要求。

我公司為某科研所協(xié)作的主動錐齒輪,屬薄壁類齒輪零件,熱處理生產(chǎn)的最大難點是:零件熱處理滲碳后,在最終淬火過程中極易因為內(nèi)孔花鍵變形超差而造成廢品。主動錐齒輪零件形狀及尺寸。

齒輪淬火

1. 主動錐齒輪最終熱處理要求

(1)滲碳層要求 齒輪輪齒滲碳層深度0.8~1.0mm,滲碳后變形要求磨光檔跳動≤0.04mm,內(nèi)孔圓度≤0.04mm;花鍵滲碳層深度0.15~0.35mm,滲碳后變形要求磨光檔跳動≤0.04mm,內(nèi)孔圓度≤0.04mm,花鍵精度:M值=90.78+0.103+0m m,M值變動量≤0.04mm。

(2)硬度要求 滲碳+高回后硬度≤35HRC;淬火后滲碳表面硬度60~65HRC,非滲碳區(qū)硬度35~45HRC。

(3)熱處理后最終變形要求 磨光檔跳動≤0.05mm,內(nèi)孔圓度≤0.05mm;ㄦI精度:M值=90.78+0.103+0m m,M值變動量≤0.04mm。

 

2. 主動錐齒輪加工路線

毛坯正火+高溫回火→毛坯粗加工→調(diào)質(zhì)處理→半精加工→去應力退火→精加工→齒輪輪齒滲碳+高溫回火→精加工→花鍵滲碳+高溫回火→精加工→淬火+冷處理+低回+噴砂→精磨→低溫去應力回火→精磨。

3. 主動錐齒輪熱處理各工序目的及工藝

(1)正火+高溫回火處理 鍛造毛坯消除鍛造應力、均勻組織、細化晶粒,降低硬度以便于切削加工。

正火:零件加熱到940℃,保溫5h出爐空冷至室溫。

高溫回火:零件加熱到680℃,保溫5h隨爐緩冷至500℃以下出爐空冷。

(2)調(diào)質(zhì)處理 進一步均勻組織、細化晶粒,為零件的進一步熱處理進行組織準備,減小零件滲碳、淬火后的變形。

淬火:將零件加熱到920℃保溫40min出爐油冷,油溫50~60℃。

高溫回火:零件加熱到680℃,保溫3h隨爐緩冷至350℃以下出爐空冷。

(3)去應力退火 消除零件在加工過程中由于切削等機械加工造成的應力,進一步減小零件滲碳、淬火后的變形。將零件加熱到650℃,保溫5h隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷。

(4)滲碳處理 為保證齒輪接觸表面有足夠的強度和硬度,同時零件心部由足夠的塑形和韌性。

該齒輪輪齒由于有二次滲碳,故第一次滲碳層深度設定為0.8~0.95mm,在多用爐910℃滲碳。

真空爐進行高溫回火:零件加熱到680℃,保溫5h隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷,滲碳高溫回火后硬度≤35HRC。

(5)二次滲碳 由于零件的特殊要求,齒部一次滲碳后,對后續(xù)加工的內(nèi)花鍵進行的滲碳處理。

花鍵滲碳層深度0.1 5~0.35mm,在多用爐910℃滲碳。

高溫回火:零件加熱到680℃,保溫5h隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷,滲碳高溫回火后硬度≤35HRC。

(6)淬火處理 齒輪類零件的最終熱處理,通過淬火處理使得齒輪表面得到高硬度、高強度和高的耐磨性。

先將零件加熱到550℃,保溫30min進行預熱,然后再繼續(xù)加熱到920℃保溫40min出爐油冷,油溫60~70℃。

(7)冷處理 是零件淬火處理的延伸過程,通過冷處理使零件內(nèi)部殘留奧氏體進一步轉(zhuǎn)變成馬氏體組織,從而保證零件內(nèi)部組織的均勻性,并對穩(wěn)定零件尺寸有極大的幫助。

將零件在冰冷機中冷到-80~-75℃,保溫1.5h出爐空冷。

(8)低溫回火 減小或消除淬火鋼件中的內(nèi)應力,保持淬火工件高的硬度和耐磨性,降低淬火殘留應力和脆性。將零件加熱到250℃,保溫5h出爐空冷。

4. 熱處理變形原因及解決措施

(1)變形情況 主動錐齒輪經(jīng)過熱處理各工序后,發(fā)現(xiàn)第一次滲碳和第二次滲碳時用專用工裝裝爐滲碳后,熱處理變形不大,變形量在要求范圍內(nèi)。主要變形產(chǎn)生在滲碳后的淬火工序,淬火后變形量超差。

(2)檢測 零件滲碳淬火后(再經(jīng)過清洗、冷處理、回火、噴砂等熱處理工序后)檢測記錄見表1。從表1得到滲碳淬火后變形量數(shù)據(jù)如下:

磨光檔跳動0.05~0.10mm,內(nèi)孔圓度≤0.10~0.15mm。

花鍵精度:M值=90.63~90.79mm,M值變動量0.10~0.15mm。

變形規(guī)律是內(nèi)孔花鍵不均勻的縮孔(≤0.15mm),并且內(nèi)孔花鍵呈現(xiàn)0.08~0.12mm錐度。

(3)變形原因分析 16Cr3NiWMoVNbE鋼主動錐齒輪,因材料本身的要求滲碳后的淬火溫度較高900~920℃,淬火時熱應力較大,再加上是薄壁類零件,內(nèi)孔花鍵壁薄(≤5mm)且結(jié)構(gòu)復雜不對稱,易造成淬火變形超差。

(4)針對變形問題解決措施 滲碳后淬火時內(nèi)孔花鍵加撐規(guī)油冷,可以解決變形問題。內(nèi)孔花鍵撐規(guī)形狀及尺寸見圖2,鹽浴爐淬火專用工裝形狀及尺寸見圖3。

 

5. 主動錐齒輪內(nèi)孔花鍵加撐規(guī)淬火后的變形

先將主動錐齒輪零件放在淬火專用工裝上,在預熱爐內(nèi),加熱到550℃,保溫30min預熱,然后再放入鹽浴爐繼續(xù)加熱到920℃(因為零件在保溫出爐后油冷前內(nèi)孔花鍵要放入內(nèi)孔花鍵撐規(guī),所以加熱溫度選取上限920℃),保溫40min出爐,快速放入內(nèi)孔花鍵撐規(guī)后油冷(好富頓G油)30min,淬火前油溫60~70℃。

零件加撐規(guī)淬火后(再經(jīng)過清洗、冷處理、回火、噴砂等熱處理工序后)檢測記錄見表2。

從檢測記錄表2數(shù)據(jù)可以看出,主動錐齒輪經(jīng)過加撐規(guī)淬火后,淬火變形超差問題得到了解決。變形量符合零件最終變形要求(磨光檔跳動≤0.05mm,內(nèi)孔圓度≤0.05mm;ㄦI精度:M值=90.78+0.103+0m m,M值變動量≤0.04mm。)

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