齿轮表面热处理的工艺（钢材的热处理知识）

文/大山

一般零件生产的工艺路线：毛坯生产 —预备热处理 —机械加工 —最终热处理 —机械精加工。在零件加工中一般要经历两次热处理，即预备热处理和最终热处理。

预备热处理 : 预备热处理 : 退火（炉冷） ; 正火（空冷），以得到珠光体类组织;

其目的是调整硬度，便于切削加工；改善组织（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等）；细化晶粒，为最终热处理做组织准备

最终热处理 : 淬火 ：以得到M组织，提高强度硬度; 回火：低温回火，得到M′，消除应力，保留高硬度；中温回火，得到T′，高弹性极限；高温回火，得到S′，良好综合力学性能

退火、正火、淬火的区别与

加热保温的目的均为A化，具体温度看成分和是否完全A化。

亚共析钢均为完全A化，Ac3 30~50℃。

过共析钢，正火为完全A化， Accm 30~50℃。

退火淬火为不完全A化， Ac1 30~50℃。

冷却阶段：退火炉冷，得到珠光体；正火空冷，得到细珠光体（S）；淬火快冷（水、油），得到M类组织。

表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理

中碳钢：调质→表面淬火→低温回火（表面50～55HRC，心部265～280HBS）；

低碳钢：渗碳→淬火→低温回火（表面56～62HRC，心部156～179HBS ）；

38CrMoAl：调质→氮化（表面>700HV，心部26～33HRC，高精度）

下面我们以齿轮热处理为例讲解：

齿轮工作条件－用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。

常见失效形式—齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；

断齿（韧性低或强度低或超载）。

齿轮的技术要求—齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。

齿轮用钢——低、中碳钢。

齿轮热处理工艺

1、渗碳齿轮：材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrMnTiA等。服役场合：高速重载（汽车齿轮）

工艺：

1)正火：目的为细化晶粒；调整硬度，便于切削加工，加热至Ac3 30～50℃,空冷,得到细珠光体 (少量铁素体)。

2）渗碳：提高表面含碳量，920～930℃保温3～9h。

3)渗碳后淬火：获得马氏体，提高表面硬度，直接淬火或一次淬火。理想组织：表面：隐针M Ar （少量） 碳化物，心部:低碳M F（少量）。

4)回火：消除淬火应力，低温200℃，M→M回

渗碳齿轮热处理后应达到如下要求：

1）表面层硬度HRC58～63，心部HRC31～45

2）表面和心部应具有细晶粒组织

3）表面的金相组织应是细针状或隐晶马氏体组织，沿晶界

不允许有网状碳化物，仅允许少量粒状碳化物和残余奥氏体

4）表面和心部之间应有足够过渡层

5）热处理后心部组织：

合金钢，低碳马氏体或低碳马氏体＋铁素体；

碳钢，珠光体＋铁素体

6）脱碳和变形尽量减至最少程度

7）心部除要求高韧性，还必须有高强度。

20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线

2、中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）

适用于35～55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。

1)正火(或完全退火）：细化晶粒，调整硬度，加热至Ac3 30～50℃,空冷,细珠光体 (少量铁素体)。

2)调质热处理：使心部具有良好强韧性，加热至Ac3 30～50℃后淬火 500～600℃高温回火,回火索氏体。

3)表面感应淬火(表面火焰淬火)：提高表面硬度，表面加热至Ac3 30～50℃，心部没有加热。淬火后表面获得马氏体,过渡层马氏体 S回＋残余奥氏体, 心部回火索氏体

(4)低温回火：消除淬火应力，低温200℃，M→M回

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