中頻淬火工藝對齒圈內在性能影響

青海華鼎齒輪箱有限責任公司 （西寧 810021） 魏理林 劉志鋒

我公司以生產D65、TY220和TY320工程機械變速箱為主導產品，與其相配套的終傳動大齒圈有三種，其中以TY220大齒圈TT220J004為最多。該齒圈（見附圖）外徑690mm，z=55，m=12，材質為42CrMo。熱處理工藝為：正火+調質+時效+淬火（中頻）+回火。工藝要求：調質后的心部硬度229～277HBW，中頻淬火后齒面硬度56～63HRC，齒面淬硬層2.5～3.0mm，齒根硬度≥45HRC，齒根淬硬層1.5～2.5mm。

齒圈簡圖

1.存在問題

由于淬火工藝不當，導致齒面硬度不均勻。齒根硬度要么偏低，說明齒部強度不夠；要么偏高，則出現齒根、齒面微裂紋，導致齒面剝落、點蝕、打齒等現象的發生。用戶反映強烈，意見很大，要求退貨。

按照工藝要求，對癥下藥，反復調試和試驗，最終發現了影響齒圈內在性能的根本原因。

2.冷卻介質

對于42CrMo材質而言，淬火冷卻介質一般是20號機械油，好富頓G油也可。但是由于中頻淬火工藝的特殊性，即加熱時間短（約30s），加熱速度快，溫度高（約860℃），采用單齒齒面、齒溝加熱淬火的方式，油淬很難達到工藝要求（除埋油淬火外），且容易發生火災。目前，國內一般采用AQ225淬火冷卻介質，該淬火冷卻介質的冷卻速度介于水和油之間，淬硬層深，淬火硬度均勻，無軟點，淬火工件光亮且有短期防銹作用。但要想達到上述工藝要求，合理地選擇淬火冷卻介質的濃度是關鍵。表1是對42CrMo材質的TT220J004齒圈在設備輸出功率為30kW時，采用不同濃度的淬火冷卻介質試驗時的結果。

表1 不同濃度的淬火冷卻介質單齒淬火（室溫25℃）

從表1可以看出：淬火冷卻介質的濃度為10%時，齒圈的熱處理工藝性能最佳。這是由于AQ225淬火冷卻介質適合42CrMo的性能所決定的，在實際生產過程中，一般采用淬火冷卻介質濃度在8%～10%之間時，均可達到工藝要求。

3.工藝參數

采用臥式（GCLWS－1200）單齒淬火機床。其輸出直流電壓180V、直流電流170A、功率30kW，控制系統為CNC數控系統，淬火冷卻介質的濃度為8%。

其程序過程如下：

A:主程序：

N102 Y175.F1000 N104 Y186.F500

N106 M98P06L55 N108 M02

B:子程序：

N1 Y186 F2000 N2 X205 F1500

N3 X220.500 F500 N4 M20

N5 G04 X3.4 N6 M08

N7 Y280.456 F260 N8 G04 X1.5

N9 M21 N10 Y320 F2000

N11 G04 X5.0 N12 M09

N13 X174 F1500 N14 X186 F2000

N15 W6.545 F300 N16 M99

通過反復的調試和試驗，發現在淬火冷卻介質濃度一定，電流、電壓一定的情況下，影響齒圈硬度和淬硬層的因素為：感應器上下行走速度和感應器距齒圈齒面的距離。即子程序的X220.500 F500和G04X3.4（見表2）。

通過上述試驗可知，當感應器的行走速度為F500，距齒面的距離為X3.4時，齒面、齒根的淬火工藝性能達到最佳。

4.結語

在齒圈的淬火過程中，合理、正確地選擇淬火冷卻介質的濃度對齒面、齒根的硬度影響很大。調整感應器的行走速度和距齒面的距離對齒圈的硬度和淬硬層影響很大。

表2 調整子程序N3和N5淬火后得到的結果

經過實踐，調整后的工藝生產出的TT220J004齒圈數量4000件，合格率達到99%以上，齒圈的內在性能大幅提高，各主機廠反映較好，為我公司在國內、國際開拓各類變速箱市場奠定了堅實的基礎。