齒輪的熱處理是決定了齒輪硬度和耐磨性的關(guān)鍵工序，不同材料的熱處理方式受到多個因素的影響，其中包括冷卻方式和時間、保溫方式和時間等等，齒輪的熱處理過程包括有兩個階段，第一個階段是鍛件毛坯的預(yù)熱處理，第二個階段是齒部的熱處理。在進行材料熱處理時需要考慮以下兩個問題：鍛件毛坯的預(yù)熱處理是在材料加工前還是加工后進行以及齒部的熱處理應(yīng)該采用哪種方式才能使材料變形量最小。
鍛件毛坯的熱處理方式一般為正火處理，將材料加熱到 Ac3 溫度以上 30-50℃，保溫一點時間后空氣冷卻，正火處理可以有效提高材料的韌性和強度，還能改善材料的切削性能。由于各種材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成各有不同，所以毛坯的正火處理是應(yīng)該直接進行正火處理再粗加工還是將齒坯加工完成后再進行正火處理，對此并沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只能通過實際情況進行實驗驗證哪種正火處理時機可以獲得更加優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，本文采用 45 號鋼與 20CrMnTi 進行對比實驗，兩種材料均設(shè)置為兩組，第一組直接進行正火處理，第二組進行粗加工后再進行正火處理，在實驗過程中首先將正火爐加熱到 400-500℃，然后將第一組材料放置進爐內(nèi)，正火爐以 80℃/h 的速率進行升溫在溫度升高至 600-650℃時持續(xù)保溫3h，之后以 100℃/h 的速率升溫使?fàn)t內(nèi)溫度保持在 860-880℃持續(xù)2h，之后將材料出爐利用空氣冷卻降溫至 350-400℃，最后采用硬度儀測量材料硬度，通過實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn) 45 號鋼直接進行正火處理還是粗加工后正火處理材料硬度變化不明顯，但是 20CrMnTi 在粗加工后正火處理材料硬度擁有了顯著的提升。所以如果采用 45 號鋼作為齒輪制造材料可以對鍛件毛坯直接進行正火處理，而 20CrMnTi 則需要粗加工過后再進行正火處理。
對齒輪齒部進行熱處理可以有效提升齒輪的疲勞強度以及耐磨性，這是齒輪機加工過程中必須要進行的一道工序，對于 20CrMnTi 等低碳鋼材料主要滲碳淬火的熱處理方式，但是此方式會使齒輪產(chǎn)生一定量的彈性形變，對于如何盡可能地減少這種彈性形變是齒部熱處理的研究重點，對于彈性形變產(chǎn)生的影響因素主要有三種：滲碳碳勢、滲碳溫度、淬火溫度。由于各種材料組分的不同，三種因素的影響程度也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
采用井式氣體滲碳爐作為滲碳設(shè)備，煤油作為滲碳劑，設(shè)置 870℃、900℃、930℃三種滲碳溫度，設(shè)置 800℃、 820℃、840℃三個淬火溫度，滲碳碳勢設(shè)置為 0.8%、0.95%、 1.05%三個等級，采用正交實驗法對比開口處的變形量得出實驗結(jié)論，每組實驗的滲碳時間均設(shè)置為強滲 120min 擴散 100min，最終得出 9 組實驗數(shù)據(jù)，從實驗數(shù)據(jù)中可以得出滲碳溫度和淬火溫度對材料變形影響程度較大，這是由于隨著滲碳溫度的升高，材料內(nèi)部的奧氏體組織容易受到溫度影響而膨脹變大；而滲碳碳勢和材料變形量也呈正相關(guān)關(guān)系，這是由于碳勢的增加會直接增加材料滲碳層的碳濃度，進而導(dǎo)致馬氏體以及不穩(wěn)定碳化物的增加，最終影響材料的變形量，所以在滲碳處理過程中要嚴(yán)格控制滲碳溫度和淬火溫度，盡可能減少滲碳碳勢，在獲得最佳機械性能的同時減小材料的形變量。
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