齒輪熱處理在加熱過程中的畸變原因與控制措施

       通常把對工件的熱處理畸變的控制集中在“淬火畸變”上，其原因是認(rèn)為淬火冷卻在瞬時發(fā)生急劇的溫度降低和組織轉(zhuǎn)變，伴隨很大的體積膨脹和應(yīng)力產(chǎn)生；而加熱過程則緩慢得多，并且隨著溫度升高，金屬材料內(nèi)部各種應(yīng)力也隨之釋放。再加上加熱中的工件處于中間工序，其畸變也無法測量，因此對加熱過程的畸變知之甚少，容易忽略。

       事實上，在加熱過程中，不僅由于熱應(yīng)力引起畸變，而且，釋放內(nèi)應(yīng)力本身也會引起畸變。在要求獲得高精度齒輪產(chǎn)品的制作過程中，齒輪熱處理在加熱過程中的畸變也應(yīng)該引起重視。

       齒輪在切齒加工過程中，由于刀具對金屬擠壓產(chǎn)生塑性變形而發(fā)生加工硬化，并同時產(chǎn)生殘余應(yīng)力。通常認(rèn)為，加工后齒輪的去應(yīng)力退火，可以消除殘余應(yīng)力并因此也就消除了引起畸變的力學(xué)條件。但是，試驗表明，在650℃的去應(yīng)力退火過程中，伴隨扭曲晶格的回復(fù)和內(nèi)應(yīng)力的釋放，結(jié)果是“消除了應(yīng)力，留下了畸變”。齒輪毛坯通常都采用正火處理，在加熱過程中，正火組織在向奧氏體轉(zhuǎn)變時，由于鐵素體+珠光體與奧氏體組織的比容不同，因此，如果齒輪毛坯正火處理的原始組織不均勻，則在加熱過程中，會因其轉(zhuǎn)變的速度不同引起不均勻的體積變化，從而導(dǎo)致畸變。另外，齒輪在加熱中，由于受結(jié)構(gòu)形狀、裝夾、擺放及裝爐量等因素的影響，齒輪受熱是不均勻的，尤其在925～950℃的高溫滲碳溫度下，一些部位會主要受輻射加熱，而另一些部位則主要靠對流加熱，由于輻射加熱比對流加熱的升溫速度快得多，因此，就會在齒輪工件各部位之間形成較大的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力。

       如何控制齒輪加熱過程中的畸變？

       一、齒輪毛坯等溫正火。齒輪毛坯在普通正火后組織和硬度的散差較大，采用等溫正火首先可以改善組織和硬度的均勻性，并同時還可減小由于加工應(yīng)力不均勻性引起的畸變。近年來，齒輪毛坯等溫正火的應(yīng)用對我國齒輪熱處理畸變的控制起到很好的作用。

       二、預(yù)熱、階梯升溫加熱。其目的一方面是讓工件的表里及各部位的溫度更均勻，同時減小與目標(biāo)溫度的溫差；最根本的是減小工件各部位的溫差。基于預(yù)熱的效果，美國關(guān)于《鋼的熱處理工藝》的軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：已完成最后加工零件，在加熱到740℃之前，應(yīng)在540℃或650℃預(yù)熱。

       三、去應(yīng)力退火后進行滲碳等高溫?zé)崽幚怼Ｏ喈?dāng)于將原來直接在高溫下加熱的工件分成兩段加熱，第一段在遠低于滲碳溫度下進行，由于加熱溫度低，熱應(yīng)力小，同時，加熱速度低，溫度梯度也小，這既有利于減小熱應(yīng)力，也有利于加工應(yīng)力釋放和扭曲晶格回復(fù)緩慢進行；然后進行滲碳等高溫?zé)崽幚怼Ｒ虼耍詈檬枪ぜ?yīng)力退火后隨即放入高溫滲碳爐，這樣才能得到最好的效果。在生產(chǎn)中，可采用現(xiàn)有的回火爐來進行這一操作。