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。