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(gè)因素的影響，其中包括冷卻方式和時(shí)間、保溫方式和時(shí)間等等，齒輪的熱處理過(guò)程包括有兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是鍛件毛坯的預(yù)熱處理，第二個(gè)階段是齒部的熱處理。在進(jìn)行材料熱處理時(shí)需要考慮以下兩個(gè)問(wèn)題：鍛件毛坯的預(yù)熱處理是在材料加工前還是加工后進(jìn)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(diǎn)時(shí)間后空氣冷卻，正火處理可以有效提高材料的韌性和強(qiáng)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(jìn)行正火處理再粗加工還是將齒坯加工完成后再進(jìn)行正火處理，對(duì)此并沒(méi)有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只能通過(guò)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證哪種正火處理時(shí)機(jī)可以獲得更加優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，本文采用 45 號(hào)鋼與 20CrMnTi 進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，兩種材料均設(shè)置為兩組，第一組直接進(jìn)行正火處理，第二組進(jìn)行粗加工后再進(jìn)行正火處理，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先將正火爐加熱到 400-500℃，然后將第一組材料放置進(jìn)爐內(nèi)，正火爐以 80℃/h 的速率進(jìn)行升溫在溫度升高至 600-650℃時(shí)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(cè)量材料硬度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn) 45 號(hào)鋼直接進(jìn)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(hào)鋼作為齒輪制造材料可以對(duì)鍛件毛坯直接進(jìn)行正火處理，而 20CrMnTi 則需要粗加工過(guò)后再進(jìn)行正火處理。
對(duì)齒輪齒部進(jìn)行熱處理可以有效提升齒輪的疲勞強(qiáng)度以及耐磨性，這是齒輪機(jī)加工過(guò)程中必須要進(jìn)行的一道工序，對(duì)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(huì)使齒輪產(chǎn)生一定量的彈性形變，對(duì)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(diǎn)，對(duì)于彈性形變產(chǎn)生的影響因素主要有三種：滲碳碳勢(shì)、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(méi)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(gè)淬火溫度，滲碳碳勢(shì)設(shè)置為 0.8%、0.95%、 1.05%三個(gè)等級(jí)，采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)比開(kāi)口處的變形量得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，每組實(shí)驗(yàn)的滲碳時(shí)間均設(shè)置為強(qiáng)滲 120min 擴(kuò)散 100min，最終得出 9 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以得出滲碳溫度和淬火溫度對(duì)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(shì)和材料變形量也呈正相關(guān)關(guān)系，這是由于碳勢(shì)的增加會(huì)直接增加材料滲碳層的碳濃度，進(jìn)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(guò)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(shì)，在獲得最佳機(jī)械性能的同時(shí)減小材料的形變量。
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