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淬火油低温冷速对汽车渗碳齿轮心部硬度的影响

时间:2021-03-16来源:

导语:  以某公司生产的一种汽车变速箱渗碳齿轮零件为对象,将淬火介质从快速淬火油更换为超速淬火油,分析了油品的不同对齿轮心部硬度的影响。结果表明,超速油相比快速油具有更低的运动粘度和更快的高低温冷速,提高了心部冷却时的热量传递速度,在马氏体转变区体现出更优异的冷却能力和淬硬能力,在相同热处理工艺条件下,可以改善心部金相组织,提高心部硬度。

  汽车中的齿轮主要安装在变速器、减速器和差速器中,承担改变速度、输出扭矩、驱动汽车行驶的任务。齿轮啮合时,齿面直接接触,承受接触应力和一定的摩擦应力。齿根虽不直接接触,但是也会承受脉冲压力和弯曲应力。因此,一般要求齿轮齿面具有高硬度、高耐磨性,齿根具有一定的硬度和足够的强韧性。汽车齿轮的一般生产过程为锻造→等温正火→机械切削加工→渗碳淬火→磨削→成品,其中,渗碳淬火的目的是提高齿面的硬度和耐磨性。齿根由于几乎没有渗碳,保持了材料原有的化学成分,其硬度值(即心部硬度)主要取决于原材料的淬透性和淬冷烈度,热处理工艺对其影响有限。影响淬冷烈度的因素主要包括淬火介质的冷却性能和搅拌强度。

  淬火介质是影响淬火工艺和零件热处理质量的关键因素之一,根据产品技术及性能要求,正确的选择淬火介质,可有效改善齿轮的金相组织,提高表面与心部硬度。超速淬火油作为一种粘度低、高低温冷速快的淬火介质,适用于处理要求淬火硬度高、淬透深度大的工件,也适用于在快速淬火油中淬不硬而在水中淬火又容易淬裂的工件。因此对于一些要心部硬度要求高、渗层要求深的渗碳齿轮件,超速油具有良好的应用前景。

  某公司使用快速淬火油对一种汽车变速箱副轴齿轮进行渗碳淬火时,其心部硬度值无法满足技术指标要求,在尝试一定的工艺调整后,改善有限。为了解决该问题,将快速淬火油A(以下简称快速油)更换为超速淬火油B(以下简称超速油),并进行了试验探索。本文分析了淬火油更换前后的一些工艺数据,对心部硬度等指标的变化进行了总结,希望为从事相关领域的技术工作人员提供参考。

  1 设备与工艺条件

  1.1材料与规格

  齿轮模数2.05,齿部为斜齿,下端有花键轴,其实物和示意图如图1所示。

  图1 齿轮实物图和示意图

  齿轮材料为SCM420H(标准JIS G4052-2003保证淬透性结构钢),类似于国内牌号20CrMoH(标准GB/T 5216-2004 保证淬透性结构钢),利用直读光谱仪对齿轮不同位置进行了检测,其主要化学成分如表1所示。

  1.2设备与工艺

  丰东多用炉,211生产线,装炉量600kg,装油量约4~5t,双侧单搅拌,方式为皮带轮传动,传动比约1:2.5,电机转速1440r/min,功率4kw,油槽底部无导流筒,有导流板。

  热处理工艺为渗碳淬火+低温回火,具体的工艺曲线如图2所示。

  1.4检测方法

  齿轮热处理后从料盘的中心处取样进行线切割,齿部的对边各取一组进行镶嵌,之后进行检测,具体取样方法如图3所示。每组挑选2个齿进行检测,标记为1A、1B和2A、2B,每个齿检测3个硬度。

  齿轮心部硬度的检测位置为齿宽中部横截面上,齿轮中心线与齿根圆相交处,检测位置范围为±1mm,符合QC/T 262-2005《汽车渗碳齿轮金相检验》的规定,如图4所示。

  2 结果与分析

  2.1淬火油性能对比

  对比了快速油与超速油的主要理化参数,如表3所示。

  结合表3和图5中可以看出,超速油比快速油具有更低的运动粘度,体现出更好的流动性,同时具有更快的高低温冷速,特别是低温冷速V300℃,提高了心部冷却时的热量传递速度,在马氏体转变区体现出更优异的冷却能力和淬硬能力,对减少贝氏体等非马组织的产生有利。

  2.2齿轮心部硬度对比

  对比了使用快速油与超速油时齿轮心部硬度的变化,如表4所示。

  从表4中可以看出,从快速油更换为超速油后,其心部硬度平均值明显提高,为了更直观的看出差异,我们将表4中的数据绘制成图,如图6所示。

  从图6可以很直观的看出,更换为超速油后,硬度整体提高,且硬度范围从使用快速油的345~382HV10提高到使用超速油的378~428HV10,可以满足技术指标要求。当然,从检测数据中我们也发现,其心部硬度值存在一定的散差,这可能与材料本身的淬透性差异(C含量检测也处于下限值)有关,需要从材料本身进行排查和改善。

  2.3齿轮心部金相组织对比

  对比了使用快速油和超速油时心部金相组织的变化,如图7所示。

  从图7可以看出,使用快速油淬火时,心部组织主要由板条马氏体+贝氏体+少量游离铁素体组成,贝氏体含量较多。当更换为超速油淬火后,心部贝氏体含量减少,板条马氏体含量增多,且无明显游离铁素体。这主要是因为超速油具有足够的最大冷速和更快的低温冷速,冷却时既能快速避开“C曲线”,减少非马组织产生,同时在马氏体转变区也能保持较好的冷却能力,体现出更佳的淬硬性。因此对于心部而言,超速油提高了冷却效果,改善了心部组织,具有更高的心部硬度。

  3 结论

  本文以某公司生产的一种汽车变速箱渗碳齿轮为分析对象,以更换淬火介质来解决心部硬度不够问题为契机,分别对比了快速油与超速油的理化参数、心部硬度和心部组织,得出以下结论:

  (1)超速油比快速油具有更低的运动粘度、更快的高低温冷速,体现出更优异的冷却性能;

 

  (2)在相同的工艺条件下,超速油淬火的汽车渗碳齿轮,其心部组织更好,体现出更高的心部硬度,可以满足技术指标的要求。

 

标签: 淬火油

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