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回环伞齿轮夹杂碳材形变的探讨剖析

发布于:2016-05-09 14:48:41
回环伞齿轮夹杂碳材形变的探讨剖析
  改进装炉方式经过对螺旋伞齿轮结构与热处理工艺的分析,认为由于热传导的不均匀性和组织转变的不同时性,使螺旋伞齿轮经渗碳淬火后,会产生平面翘曲及内孔椭圆化变形,其中主要是平面翘曲。为了减少和控制热处理变形,目前多采用压床淬火。但我厂没有淬火压床,大家考虑通过改进装炉方式来减少变形。即对编号为1~4的螺旋伞齿轮采取两个螺旋伞齿轮背靠背,利用零件本身固有的螺孔,用三个螺栓对其紧固,挂放装炉的工艺措施,进行渗碳后二次淬火,使两个零件在渗碳淬火过程中相互抑制变形,具体方式见图1。结果4件螺旋伞齿轮平面翘曲量均在0.60mm以上,见1所示。
 设计专用工装由于以上4件螺旋伞齿轮的平面翘曲量均没有达到技术要求,为此,大家进一步改进了工艺措施,设计了一套专用工装[1],对另外4件编号为5~8的螺旋伞齿轮进行热处理。即渗碳前装夹好工装,由原来的3个螺栓紧固改为12个螺栓(GB5781-86,M16×60)同时对称紧固,具体方式如图2所示。
  20Cr2Ni4A钢通常在渗碳后采用二次淬火,但再次加热淬火,会引起更大的变形。所以决定采取渗碳后直接淬火[2],即(930±10)℃渗碳,达到渗层层深要求后,炉冷至790℃油冷至室温。经以上渗碳后直接淬火,硬度全部符合技术要求,热处理后4件螺旋伞齿轮的平面翘曲量均≤0.2mm,满足了该螺旋伞齿轮的技术要求。
 实验结果分析
 (1)编号为1~4的螺旋伞齿轮大家试图采取改进装炉方式,一对齿轮背靠背,利用零件本身固有的3个螺孔将两个齿轮紧固,通过两齿轮相互抵抗和制约来减小变形,但因螺栓材料在930℃高温下发生蠕变,使螺栓松动,没有起到紧固作用;同时渗碳后二次淬火也会引起更大的变形;更主要的原因是C处厚度较薄[3],淬火时组织转变速度较快,先形成了淬火马氏体,抑制了A处的组织应力,从而形成了平面翘曲。另外零件大平面由于背靠背阻碍了冷却和加热,而另外一面却在正常加热、冷却,两面间存在着的组织应力和热应力的不同也是引起变形的重要原因。
 (2)鉴于螺栓在高温下透烧会发生蠕变导致松动,起不到紧固的作用,对编号为5~8的螺旋伞齿轮在工装上设计了12个螺孔,由12个螺栓同时紧固。专用工装在控制变形过程中不仅增加了螺栓周边的壁厚,使螺栓在高温下透烧蠕变的现象得到控制,而且12个螺栓同时紧固的效果明显,即使螺栓在高温发生轻微蠕变,也可以依靠工装自重来减小变形。另外,专用工装还可以减少C平面的冷却速度,A面先转变为马氏体,然后C面才转变,保证了A面的精度。
 (3)从螺旋伞齿轮的结构可发现,引起螺旋伞齿轮变形的主要原因是热应力和A、C两面组织转变的不同时性的组织应力综合作用的结果。因此,通过调整热处理工艺规范,将渗碳后的二次淬火改为直接淬火并适当降低淬火加热温度,也可以有效地控制螺旋伞齿轮的变形。
 结束通过试验掌握了螺旋伞齿轮的变形规律,并从根本上找到了控制螺旋伞齿轮变形的措施。设计专用工装、调整热处理工艺规范控制变形,不仅操作简单,热处理后各力学性能指标和变形均能满足图纸技术要求,而且节约了大量校正工时,并避免了由于校正不当而造成的废品,显著提高了生产率,降低了成本,取得了明显的经济效益。
回环伞齿轮夹杂碳材形变的探讨剖析
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