預先熱處理對工程機械齒輪材料性能的影響分析

張新亮

（ 重慶工業職業技術學院 機械工程學院,重慶 401120）

預先熱處理對工程機械齒輪材料性能的影響分析

張新亮

（ 重慶工業職業技術學院 機械工程學院,重慶 401120）

本文結合當前相關研究及實踐的實際情況，對預先熱處理在工程機械齒輪材料性能的影響進行詳細的分析，希望能夠為今后相關內容的研究提供一定的參考依據。

預先熱處理；工程機械齒輪材料；性能影響

0 引言

工程機械的運轉過程中，涉及到許多的零部件，而齒輪便是其中不可缺少的零件之一。對于工程機械而言，齒輪性能的高低很大程度上決定了工程機械的性能高低，如果齒輪性能無法滿足要求，則工程機械的性能將無法充分發揮，所以保證齒輪性能的重要性不言而喻。齒輪是一種機械成品，通過特定的工藝對材料進行加工才有了齒輪，因而齒輪的性能有材料的影響。在當前的工程機械生產過程中，預先熱處理技術是一種比較常見的用于處理齒輪材料的技術，能夠滿足工程機械性能不斷提高的要求，促進工程機械性能的最大化發揮。

1 預先熱處理的基本內容

1.1 基本概念

何為預先熱處理？所謂預先熱處理指的是在能夠達到我們需要的工件的性能的熱處理以前，為機械加工或者最終熱處理做準備的熱處理被稱之為預先熱處理[1]。通過預先熱處理，能夠滿足想要的工件性能，以此充分發揮出所加工的工件性能起到巨大的促進作用。目前，預先熱處理已經廣泛地應用于工業機械行業中，得到了業內的廣泛認可。

1.2 主要類型

從當前工業機械行業的發展情況來看，預先熱處理主要分為三種類型，分別是退火、正火和調質，三種具體的類型共同構成了現階段的預先熱處理技術。

首先，退火。退火指的是將金屬緩慢加熱到一定的溫度，保持足夠時間，然后以是以速度進行冷卻，這樣的一種金屬熱處理是退火。通過退火處理，能夠使得工件達到所需的要求，并有效地應用于實踐生產中，發揮出應用的作用。

其次，正火。正火也被稱為常化，是將工件加熱至Ac3或者Accm以上30-35℃，保持該溫度一定時間，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。正回火預備處理執行的不好，可能工件的晶粒沒有得到細化在淬回火后影響工件的綜合機械性能，或者說導致淬火工件冷卻出現開裂等質量風險。

最后，調質。調質是一種淬火和高溫回火的綜合熱處理工藝，在工程機械產品中，調質件根據受力條件的不同，對其所要求的性能與不一樣。需要注意的是，如果預備熱處理執行不好，那么心部性能難以保證，在表面淬火后心部就成了工件使用過程中的脆弱之處。

2 預先熱處理對工程機械齒輪材料性能的影響

對于齒輪材料而言，預先熱處理能夠在提升其性能方面起到一定的幫助。為了更好地進行本次研究，本文選取20MnCr5鋼齒材料進行分析，對其實施預先熱處理工藝，分析其性能受到的影響。接下來，筆者從顯微組織、表面硬度以及耐磨損性能等方面受到的影響進行探究，具體如下。

2.1 預先熱處理給顯微組織造成的影響

通過對工程機械齒輪材料實施不同的預先熱處理工藝，20MnCr5鋼工程機械齒輪材料的組織會存在很大的不同，不同的預先熱處理工藝顯示出的顯微組織照片會存在明顯的差異。通常情況下，采用正火進行處理的時候，材料的晶粒的粗大程度比較高，由粗大的團狀晶粒和長條晶粒組成，組織在均勻性方面存在明顯差異。如果采用的是等溫正火處理，材料晶粒的粗大程度將會降低，團狀晶粒會減少，晶粒的細化程度更高，但是組織分布的均勻性仍舊比較差。若采用的是均勻化處理后的等溫正火處理，材料的晶粒將會變得更加細小并且是條狀，沒有明顯的團狀粗大晶粒，組織分布比較均勻。

2.2 預先熱處理對表面硬度產生的影響

預先熱處理工藝的類型不同，20MnCr5鋼工程機械齒輪材料的表面硬度也將有所不同。采用常規的正火處理時，對20MnCr5鋼工程機械齒輪材料的不同位置的硬度進行測定，會存在很大的差異，硬度的最大差值通常在20-24HB之間。采用等溫正火處理時，20MnCr5鋼工程機械齒輪材料在不同位置的差異會比常規正火處理在不同位置的差異小，硬度的最大差值一般會小5-7HB左右。對等溫正火進行均勻化的處理之后，20MnCr5鋼工程機械齒輪材料不同位置硬度的差異性相比于常規正火和等溫正火，差異性會有很大程度的下降，硬度的最大差值將會下降至2HB上下。造成這種情況出現的原因主要可以解釋為以下幾個方面：首先，與常規正火處理相比，等溫正火處理會使得20MnCr5鋼工程機械齒輪材料的平均晶粒尺寸得到一定的硬化，使得組織的分布更加均勻，這就在一定程度上改善了硬度的均勻性。其次，均勻化等溫正火處理相比于等溫正火處理，在之前的基礎上對晶粒尺寸實現了進一步的細化，材料組織分布的均勻性更好，平均硬度值可以得到進一步提高。

2.3 預先熱處理給耐磨損性能帶來的影響

在王曉燕等研究中，將20MnCr5鋼工程機械齒輪材料分別放置在25℃、300℃的溫度條件下，采用不同的工藝預先熱處理，得到的試樣耐磨損性能測試結果不相同，不管是在25℃還是在300℃的溫度條件下，不同預先熱處理下的試樣磨損體積存在顯著的差異。大量的實踐證明，常規正火處理處理后的20MnCr5鋼工程機械齒輪材料，其磨損程度更加嚴重，材料表面會出現粗大蝕坑或者脫皮現象。等溫常規正火處理后的20MnCr5鋼工程機械齒輪材料，雖然也會存在粗大蝕坑或者脫貧的情況，但是相較于常規正火處理，磨損的程度要明顯降低。均勻化處理后的等溫正火處理，相較于常規正火和等溫常規正火，20MnCr5鋼工程機械齒輪材料表面幾無粗大蝕坑或者脫皮現象，磨損的程度最為輕微。這主要是因為不同的預先熱處理工藝使得20MnCr5鋼工程機械齒輪材料的組織分布均勻性和晶粒尺寸產生明顯差異。

3 結語

總而言之，工程機械齒輪材料的功能價值非常大，應用在工程機械的作業中可以發揮出重要的作用。所以，保證齒輪材料的性能，其實質就是保證工程機械的性能。在對工程機械齒輪材料進行預先熱處理的時候，應當綜合考慮各種因素，采用科學合理的預先熱處理工藝，從而提升工程機械齒輪材料的性能。

[1]王曉燕.預先熱處理對工程機械齒輪材料性能的影響研究[J].熱加工工藝,2016,12(14):243-246.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.047