齒輪熱處理常見問題與對策

張志勇

（齊齊哈爾二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，使得很多工作由人工轉(zhuǎn)為了機(jī)械，由人工的小作坊發(fā)展成為了機(jī)械化大型生產(chǎn)的規(guī)模，這使得機(jī)械工業(yè)的發(fā)展得到了促進(jìn)，機(jī)械由許許多多的零部件組成，精密的運(yùn)轉(zhuǎn)。這許多的零部件中重要組成部分就是齒輪，而齒輪的質(zhì)量問題將嚴(yán)重影響著機(jī)械的操作靈活性、運(yùn)行平穩(wěn)性及其使用壽命等。所有的金屬元件在進(jìn)行加工的時(shí)候都會(huì)經(jīng)過熱加工處理，增加或改變其性能。齒輪作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的能互相嚙合的有齒的機(jī)械元件，同其它金屬元件一樣在進(jìn)行熱處理的時(shí)候會(huì)遇到一些問題，下面就對這些常見的問題與對策進(jìn)行一下闡述。

1 熱處理定義

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的

2 齒輪

（1）齒輪的分類。齒輪按外形可分為：圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿——蝸輪等。按輪齒所在表面還可分為：外齒輪和內(nèi)齒輪。按制造方法還可分為：鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪和燒結(jié)齒輪等。

（2）齒輪的材料。制造齒輪的常用材料是鋼，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲氮鋼等，也有鑄鋼、灰鑄鐵球墨鑄鐵和塑料等。

（3）齒輪的結(jié)構(gòu)。一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。

（4）齒輪的失效。齒輪做為機(jī)橫中傳遞、嚙合的磨損元件，有著發(fā)生失效的必然趨勢。而齒輪發(fā)生失效的部位多是在嚙合受力的輪齒：齒體損傷和齒面損傷（包括齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面磨損和塑性變形）。

而為了避免或者延后齒輪發(fā)生失效的時(shí)間，就需要從齒輪加工處理的過程中入手。熱處理過程中為了使元件的表面具有高硬度和耐磨性，而內(nèi)部仍保持韌性和塑性常采取淬火和滲碳的熱處理辦法。而這一辦法就可以很大適度上避免和延后齒輪失效的發(fā)生。

3 常見熱處理問題及對策

（1）毛坯硬度偏高。原因：由于正火溫度不夠或保溫時(shí)間過長導(dǎo)致。對策：重新設(shè)置正火溫度，檢查溫控表，校準(zhǔn)溫度和正火冷卻速度。

（2）毛坯硬度偏低。原因：正火冷卻過慢對策：重新進(jìn)行正火，加強(qiáng)冷卻。

（3）帶狀偏析。原因：鋼材和合金原料偏析。對策：更換材料。

（4）層滲不足。原因：碳勢偏低、溫度偏低或滲期不足。對策：提高碳勢，檢查溫度，延長滲期。

（5）滲層過滲。原因；碳熱偏高，溫度偏高或滲期過長。對策：降低碳勢，調(diào)整周期

（6）滲層不均。原因：爐內(nèi)溫度不均；齒面不凈；工件相互碰撞；碳勢不均等。對策：齒面清潔干凈，防止工件相撞，保證爐內(nèi)溫度均勻等。

（7）表面碳濃度過高。原因：碳勢過高，強(qiáng)滲時(shí)間過長。對策：降低碳勢，縮短強(qiáng)滲時(shí)間。

（8）表面滲留過多。原因：滲后冷卻過快，淬火溫度偏高。對策：調(diào)整工藝，出爐溫度不易過高，降氏淬火溫度。

（9）表面碳含量過低。原因：爐溫偏高，擴(kuò)期時(shí)間過長。對策：控制爐溫，調(diào)整強(qiáng)滲與擴(kuò)散時(shí)間比例。

（10）表層脫碳。原因：滲后出爐溫度過高，淬火時(shí)產(chǎn)生氧化。對策：降低出爐溫度，補(bǔ)滲碳。

（11）心部硬度偏高。原因：淬火溫度偏低，冷卻不當(dāng)。對策：提高淬火溫度，加參淬火冷卻。

（12）畸變。原因：溫度偏高，冷卻方法不當(dāng)，表面和心部溫差大。對策：調(diào)整淬火工藝，降低淬火溫度，控制升溫速度，齒輪在感應(yīng)器中加熱時(shí)采用旋轉(zhuǎn)方式，減少受熱不均而產(chǎn)生的變形；注意淬火裝爐的擺方位置。

（13）裂紋。原因：滲碳擴(kuò)散階段碳深度過高，滲碳出爐溫度低，正火空冷時(shí)聚堆，回火不及時(shí)。對策：強(qiáng)滲時(shí)控制碳勢，保溫時(shí)間在90min；齒輪散開空冷；重新正火，隨時(shí)回火。

4 調(diào)質(zhì)齒輪常見問題

硬度偏低。調(diào)質(zhì)齒輪由于齒輪鋼材的含碳量低，淬火加熱操作不當(dāng)，表面脫碳，淬火冷卻不足等原因可能會(huì)導(dǎo)致硬底偏低。解決這一問題的對策可以進(jìn)行淬火回火溫度的降低，檢查鋼材的成分或更換鋼材等措施。由于淬火規(guī)范不當(dāng)或選材不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)質(zhì)深度不足，可以采取調(diào)整加熱冷卻的規(guī)范，先用適合的淬透性鋼材等措施。由于淬火溫度不均勻，或者回火冷卻溫度不均勻等原因還可能導(dǎo)致硬度不均勻，可以采取重新進(jìn)行正火或者退火，檢查鋼材質(zhì)量，控制、改善淬火溫度均勻度的措施來處理。

以上的常見的熱處理問題都會(huì)導(dǎo)致金屬元件——齒輪的性質(zhì)，嚴(yán)重影響齒輪失效發(fā)生的時(shí)間甚至齒輪所在機(jī)械的使用性能。需要嚴(yán)格注意熱加工過程中是否發(fā)生以上問題并進(jìn)行及時(shí)地處理解決，以達(dá)到加工出高質(zhì)量、高水平、附合高要求的齒輪。

齒輪的熱處理嚴(yán)重的影響著其硬度、強(qiáng)度、耐磨度和綜合機(jī)械性，進(jìn)而影響著齒輪與齒輪之間的嚙合順暢性、精密度，從而影響著所在機(jī)械操作使用的順暢性，準(zhǔn)確度甚至使用壽命。而影響齒輪熱處理的原因有很多，只有控制了各方面的因素，采取了適當(dāng)?shù)拇胧拍艿玫礁玫亍⒏弦蟮凝X輪。進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。