1,前言在经济日益全球化的今天,国际市场竞争的程度不断加剧,要想在市场占有一席之地,必须 不断提高产品质量。齿轮由于特有的传动特性,满足了现代机械日益高速重载发展方向的要求,因 而得到特别广泛的应用。然而,齿轮渗碳淬火后磨削经常出现磨削裂纹,造成齿轮失效。所以如何 防止齿轮出现磨削裂纹是制造合格齿轮的关键。根据我公司所使用的18CrMnNiMo材料和 现有的热处理工艺,通过对其金相检测、分析,进行热处理工艺改进,有效控制了齿轮磨削裂纹的出现。2,齿轮制造工艺路线2.1,下料→锻造→正火→粗车→调质→精车滚齿→渗碳淬火→磨齿注:(1)正火粗车之后进行超声波探伤。(2)调质未出现淬火裂纹。2. 2,渗碳淬火工艺2.3磨削裂纹形态磨削裂纹是处于淬火状态的工件或残余奥氏体较多的工件经 磨床磨削后,停留不长时间即产生的裂纹。它的特征是裂纹总是垂直于磨削方向或是裂纹呈龟甲状,裂纹细而浅。我公司的产品磨削裂纹的形态见图a。图a裂纹特征3,齿轮渗碳淬火测试a)测试样件取渗碳淬火后18CrMnNiMo圆柱斜齿轮轮齿( 由线切割切出渗碳淬火后未回火的整齿及试样)。将被测试样用线切割切成小块样品,分别进行金相分析、X射线衍射分析和夹杂物的评级。b)参照标准JB/T6141.3-92重载齿轮 渗碳金相检验GB/T15749-1995定量金相手工测定方法GB10561-1989钢中 非金属夹杂物显微评定方法c)检测结果(1)渗层、过渡层及心部组织(见图一、图二、图三) :表层为针状淬火马氏体和大量残余奥氏体(见图一);碳化物极少,马氏体和残余奥氏体级别相 当于Ⅳ—Ⅴ级,残余奥氏体含量为36%,碳化物级别相当于0—1级见图三;心部为板条马氏体,有效硬化层深度为2.3mm。表层组织500x (图一)过渡层组织500x (图二)心部组织500x (图三)(2)夹杂物的分布及类型 夹杂物在整个视场内的分布见上图,多为脆性的硅酸盐类和球状氧化物的脆性夹杂(见图三),夹杂级别A1、B2e 和D3e。脆性夹杂物大多约8—20μm,个别呈链状分布(见图二)。(3)表面硬度及硬度分布 渗层硬度分布见表1表1 渗层及心部硬度分布注:(1)表面及心部用TH320洛氏硬度计测试,载荷150Kgf、保持 时间3S;显微硬度载荷100g保持时间15S。(2)表面硬度(HRC)58.1、56. 9、56.8,平均57.3,心部硬度(HRC)49.7、46.7、43.6,平均46. 6。4,齿轮产生磨削裂纹的原因分析:4.1,通过测试结果分析主要原因是①在磨削过程中, 由于磨削力和摩擦热的作用,使表层的残余奥氏体转变为马氏体,增加了表面层的拉应力而导致磨 削裂纹;②在磨削时工件由于在极薄的表层温度的升高而发生收缩;③针状马氏体组织内应力大, 其显微裂纹是裂纹源;④处于表层的脆性夹杂物在加工过程中不变形,本身是裂纹源。4.2,通 过工艺的执行情况分析为:①通过实际监测:齿面硬度控制不严,硬度偏高者易产生齿面磨削裂纹 ;②热处理渗碳淬火工艺合理及后继的回火充分是决定产生渗碳齿轮磨削裂纹的关键。如果渗碳层 表面碳浓度高,淬火温度高,渗层组织得到马氏体+碳化物+残余奥氏体,马氏体呈针状或片状, 片状马氏体存在大量的细小孪晶阻碍塑性变形,含碳量高造成晶格畸变和内应力;③采用渗碳空冷 、高温回火、加热淬火和恰当提高回火温度产生磨削裂纹倾向小。生产实践证明通过采取提高回火 温度、延长回火时间和增加回火次数,磨削裂纹倾向减小。5,针对上述分析提出以下建议5.1 ,在热处理渗碳淬火工艺方面,可考虑以下措施:①严格控制碳势在0.85%左右,适当降低淬 火温度,减少残余奥氏体含量;②增加回火次数,可适当安排3-4次回火,使组织更加稳定;③ 应提高二次回火的温度到220℃以上,以降低马氏体的脆性,减小残余应力。注意应充分保证回 火时间和回火温度;④渗碳淬火后,应进行合适的抛丸处理。抛丸处理可以清理表面,更重要的是 形成表面压应力层,提高齿轮的抗疲劳强度及抗弯曲能力,同时对减少磨削时的拉应力是有好处的 。5.2,在磨削加工方面,可考虑以下措施,防止出现磨削裂纹:①砂轮硬度选用中软硬度ZR 1—ZR2;②在保证齿面粗糙度的情况下,尽量选用粒度较大的砂轮;③适当调整粗、精磨时的 进给量,减少磨削力,粗磨用粒度较大的砂轮,精磨用粒度较小的砂轮。浅谈18CrMnNiMo齿轮磨削裂纹工艺控制方法@刘敏$宁夏西北奔牛实业集团公司!753001
@白秀芳$宁夏西北奔牛实业集团公司!753001渗碳层;;磨削裂纹;;组织;;回火;;应 力主要是通过对18CrMnNiMo材料的齿轮渗碳淬火后的金相组织进行分析,改进热处理工艺方法,有效控制渗碳齿轮磨削裂纹的出现。
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