01 产品简介及热处理要求

　　试验用花键齿轮材料为20CrMoTiH钢，要求表面硬度58~ 62HRC，有效硬化层深度0.6 ~ 1.0 mm, 孔径变化≤ ± 0. 03 mm，锥度畸变量≤ ± 0. 03 mm。材料成分：0. 17% 〜0. 23% C，0. 80% 〜1. 15% Mn，1.00%〜1.30%Cr，0.17% 〜0. 37% Si，≤0. 035% P, ≤0.035% S。

　　图1 花键齿轮简图

　　02 试验结果与分析

　　热处理工艺：920 °C x 30 min均温;920 °C x 150 min渗碳，碳势 1.05%C;920 °C x 80 min 扩散， 碳势 0. 80% C ;840 °C x 30 min，碳势 0. 75% C，油淬，油温110 °C，淬火30 min，中速搅拌;170 °C回火 3 h。处理后有效硬化层为0. 75 mm，表面硬度为 61.5 HRC，均达到了要求。热处理前、后齿轮的尺寸变化如表1所示(从料框上、中、下三个部位各取 3个齿轮测定)。

　　表1 齿轮热处理前、后的尺寸变化/mm

　　表1数据表明，齿轮的尺寸精度未达到要求。

　　导致零件热处理畸变的原因很多，如原材料、预先热处理和热处理工艺等。钢材真空脱气处理后, 纯净度高，杂质少，晶粒度均匀。钢材晶粒度对热处理畸变有明显影响，晶粒粗大，畸变也较大，应严格控制晶粒度及混晶。此外，淬透性高的工件，淬火畸变量较大，在选择材料时，要考虑这一因素。渗碳淬火前必须进行等温正火，等温正火的质量影响畸变的均匀性。

　　齿轮渗碳淬火时，必然产生不同程度的畸变。由于装炉量大，稍有不慎就会造成大量产品的不合格。根据经验和研究分析，采取如下措施可明显减小齿轮的热处理畸变：①将齿轮用料棒串起来横放在料框中，齿轮之间有一定间隙，料棒要平直;②尽可能采用较低的淬火温度;③严格控制淬火油温及其搅拌烈度。

　　首先改变装炉方式，即用料棒将齿轮串起来(如图2所示)，其余工艺参数暂时不变，结果，齿轮的表面硬度和渗层深度均合格，尺寸变化如表2所示(抽样部位和数量同上)。

　　图2 串装的花键齿轮

　　表2 串装齿轮热处理前、后的尺寸变化/mm

　　从表2结果可以看出，改变装炉方式后齿轮的尺寸变化明显较小。在此基础上，再调整热处理工艺: 渗碳：920 °C X30 min 均温;920 °C X150 min 渗碳，碳势1.05% C;920 °C x 80 min 扩散，碳势0.80%C;820 °C x30 min，碳势 0. 75C% ，油淬，油温 120 °C , 淬火30 min低速搅拌;170°C回火3 h。齿轮的尺寸变化如表3所示。

　　表3 按调整后的渗碳和淬火工艺处理的齿轮的尺寸变化/mm

　　上述结果表明，齿轮的尺寸精度达到了要求，渗层深度、表面硬度等指标也都合格。

　　03 结束语

　　影响零件热处理畸变的因素很多，由于客观条件的限制，不可能详细研究每一个影响因素，只能具体问题具体分析，从最可行的方面进行调整。本文主要通过改变装料方式、淬火温度、淬火介质的温度和搅拌烈度使花键齿轮的热处理畸变控制在所要求的范围内。