PDF《汽车齿轮 热处 理 工艺 的研 究进展》

汽 车齿轮 热 处理 工艺 的研 究进 展/陈晖等・93・汽车齿轮 热处理 工艺 的研究进展 陈晖,周细应(上海工程技术 大学材料工程学 院,上海

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0 0 ) 摘要 综述 了汽车齿轮 制造 中热处理 的主要 工艺 , 重点介 绍 了预备 热 处理 工艺 、 渗碳、碳氮共渗 、 渗 氮和感 应淬火工 艺及其进展 , 简述 了激光淬 火、 低 压真 空渗碳 、 稀 土共 渗等汽车热处理新 工艺及 应用现状 , 最后从 高品质 、 低能耗、环保和智能化 方面展 望 了汽车热 处理 工艺的发展方 向.

关键词 汽车齿轮 热处理 新工艺 Re v i e w a n d Pr o g r e s s o f He a t Tr e a t me nt Pr o c e s s f o r Au t o mo b i l e Ge a r CHEN H u i ,ZHOU Xi y i n g ( S c h o o l o f M a t e r i a l En g i n e e r i n g ,S h a n g h a i Un i v e r s i t y o f En g i n e e r i n g S c i e n c e ,S h a n g h a i

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6 O 0) A b s t r a c t T h e ma j o r h e a t t r e a t me n t p r o c e s s i n t h e a u t o mo b i l e g e a r ma n u f a c t u r i n g i s r e v i e w e d .Th e p r o c e s s e s o f p r e h e a t t r e a t me n t ,c a r b u r i z i n g,c a r b o n i t r i d i n g,n i t r i d i n g ,i n d u c t i o n h a r d e n i n g a n d t h e i r d e v e l o p m e n t a r e i n t r o d u c e d . S o me n e w h e a t t r e a t me n t p r o c e s s e s a n d t h e i r a p p l i c a t i o n o f a u t o mo b i l e a r e o u t l i n e d,s u c h a s l a s e r q u e n c h i n g, l o w p r e s s u r e v a c u u m c a r b u r i z i n g,r a r e e a r t h a c c e l e r a t e d c o - p e r me a t i o n .Fi n a l l y ,t h e d e v e l o p me n t o f h e a t t r e a t me n t p r o c e s s f o r a u t o mo b i l e i s p r o s p e c t e d f r o m h i g h ― q u a l i t y ,l o w e n e r g y c o n s u mp t i o n,e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n a n d i n t e l l i g e n t . Ke y wo r d s a u t o mo b i l e g e a r ,h e a t t r e a t me n t ,n e w p r o c e s s

0 前言齿轮 是 汽车传 动 系统 中的重 要 部件 , 在传动系统 中起 着 传递 动力 及改 变速度和方向的作 用.由于 汽车齿轮的工作条件复杂 , 汽车工业生产中要求齿轮既具有优 良的耐磨性又 具备高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能. 目前 , 我国汽车齿 轮的质量与发达国家的同类产品相 比仍有一定差距, 主要表 现为平均使用寿命短、 单 位产 品能耗 大、 生产率低 .要提高 汽车齿轮的质量 , 除了选材合适之外 , 必须对热处理工艺进 行优 化,通过 新工艺和新 设备引进吸收和自主 创新,实现齿轮热 处理 工 艺朝着 节能、环保 、 智能化方向发 展,即努 力实现低压真空渗碳 、 稀土催渗 、 双频感应加热淬火 、 激光淬火等新 工艺 以及 真 空炉等 新设 备 的应 用[

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. 众所周知, 齿轮质量在很大程度上取决于齿轮材料及其 热处 理 工艺 , 热处理是齿轮质量控制过程中的一 个关键工序,齿轮的许 多重要特 性都要通过热处理来实现,热处理的质量直接影响齿轮 的使用寿命 .为了满足齿轮质量的要求 , 更快 赶上 国际热处 理先 进水 平,进一步全面开 展汽车齿 轮热处理 工 艺的研 究是 非 常必要 的[3].1汽车齿轮热处理 工艺概述 汽车齿轮通常采用低碳合金渗碳钢制造 , 齿轮毛坯一般 需 经过 锻坯 一预先热处理 一切削加工一 渗碳 淬火一精加工等多道冷热加工工序, 以获得较高的表面硬度和 良好的心部 韧性 , 使成品齿轮具有耐磨 、 耐疲劳、 耐腐蚀等优 良性能.目前,国内汽车 齿轮 锻造 毛坯 预先 热处 理主要采 用 正火 和等温退火,并呈现 采用 等温退火取代 正火 处理的趋 势,而常用的热处理工艺主要有渗碳、 碳氮共渗、 渗氮以及感应淬火[

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1 预 先热 处理 工艺对汽车齿 轮锻 造毛 坯进行 预先热处 理,主要 是为了获 得 适宜的锻件表面硬度并为第 二热处理作好金 相组织准备. 传统的预 先热 处理方法大 多采 用常规正火处理.该 工艺设备简单 、 能耗 少、工艺 要求 不高,因此 应用 较为广泛 .随着 对 汽车 齿轮质 量要 求 的提 高,特别 是 引进 车 型用 钢 材料 的多 样化,由于 普通 正火时钢的组织转变是在一定温度范围内进 行,因此得到的组织不均匀 ;

而且批量正火冷却时 , 锻坯往往 成堆在空气中冷却或吹风冷却 , 其冷却速度易受其在堆 中的 位 置及 周围环境的影响,造成同批零件的硬度波动较大(15642

0 7 H B ) , 同时又会增大渗碳淬火时的变形量 , 而对于 淬透 性较 高的钢,甚至会 产生贝氏体 组织Is].因此 , 国 内逐 步采 用等温退火工艺进行预先热处理,通常等温温度在560~6

5 0 ℃范围内,以保 证现代化大批量生产时,齿坯在预先热 处理 后能 获得均匀的组 织和硬度(160~18OHB) , 这对于减少齿轮的渗碳淬火变形 , 降低运行时的噪音具有重要意 义].在国外 , 汽车齿轮 锻坯普遍采用 等温退火处理 , 而且 对不同的材料规定 了不 同的等温退火工艺 , 如德国大众公 *上海市 重点学科建设项 目资助 ( J

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2 ) 陈晖: 男,1986年生 , 硕士生 , 主要从事材料加 工工程 的研 究周细应 : 通讯作者 , 男,

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6 4年生, 副教授 , 主要从 事材料表 面工程的 研究Te l :

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9 8 E - ma i l : z h o u x i y i n g @s mma i l . c n ・

9 4・ 材料导报 : 综述篇

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1 0 年 7月( 上) 第24卷第

7 期司、奔驰 公司、 意大 利菲 亚特 公 司等 . 国外 生产 实践 表明l

7 ] , 经 等温退火 处理 的齿轮不 仅机 加工 性能 大 大提 高,而且渗 碳 淬火 后的变形 也 明显减小 . 当然,采用等温退火仍需将锻坯重新自室 温加热至900℃以上 高温 , 这将消耗 大量能源.由 于汽 车齿 轮锻造的终锻温度一般在

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0 ℃以上, 此时工件仍处于奥氏体状态 , 如迅速将 其 均匀 冷却 到A以下珠 光 体相 变 区进 行 等温 转变,可获得与常规等温退火相似的显微组织和硬度 , 从而大大节 约 能源和 提高劳 动生产 率并改 善锻 坯 质量 .近 年来 , 在汽 车 工业 , 利 用锻造余 热进行等温 退火已有 研究和应用 , 但要进行大批 量生产 依然 还存在 一些技术 难点 [

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2 渗碳 工艺 渗 碳工艺 可使齿 轮具有 很好 的综 合力 学性 能,因此 在汽车齿轮 的生产 中应用最 广泛 . 目前 , 世界 上汽 车齿 轮 生产 所 采用的渗碳工艺主要是气体渗碳, 气体渗碳是低碳钢生产所 采 用的最广 泛 的表 面硬 化工艺 , 国外 已实 现通 过计 算 机可 控 渗碳 深度 和表面硬 度,从而得 到最 佳 的渗碳 层 深度 和最 小的变形 . ] . 由于常规 渗碳 工艺 常 会在 渗碳齿轮表面形 成一层很 薄 的非马氏体组织 , 显著影响齿轮疲劳性能, 且渗碳温度高、 周 期长、 变形大 , 而真空渗碳具有节能、 渗碳速度快、 控制简便 及 安全环保 等特 点得到 很大 的发 展 .但 长期 以来 , 真 空渗 碳后产生 的炭 黑破坏 绝缘 问题 、 渗碳 均匀 性 问题 一直 没有 得到有效 的解决 , 影响了真 空 渗碳 技术的推 广应 用 .近年 来,催渗工艺具有提高渗速 、 降低工艺温度、 细化组织、 减小齿轮畸 变和 降低成本 等优势 而逐渐被 重视.目前 , B H 催渗技术在 一 汽热 处理厂 、 二 汽东风精 工齿 轮厂 已有应用 _ l ] . 经过 国 内外 研究单 位的长期 努力 , 控 制压力 范 围在6

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0 0 P a 的低压真空渗碳技术使得上述问题得到有效解决, 特 别是 采用高 压惰 性气 体冷却淬火 可大大减 小齿轮畸变.该 工艺 最近几 年来经历 了很 大的发 展,现已达 到工 业化的成 熟 阶段.低压真空渗碳与气体渗碳相 比最引人注 目的一项主 要优点是无氧处理介质使得渗碳零件不会产生内氧化口 ] . ........