齒輪淬火變形的分析和對策
7T火車后橋錐齒輪是汽車傳遞動力和改變速度的重要零件,工件材料為22CrMOH鋼。生產中發現,齒輪熱處理后部分工件出現貫穿性裂紋,另外一些齒輪發現起邊超差缺陷,造成不少齒輪失效報廢。
錐齒輪要求滲碳層深度為1.7-2.1mm,碳化物為1-5級,馬氏體和殘留奧氏體為1-5級,表面硬度為60-64HRC,芯部硬度為35-40HRC。檢驗發現齒輪花鍵根部應力集中部位是裂紋源處,裂紋沿軸向擴展貫穿軸頸本體,部分主動齒輪裂紋嚴重貫穿齒根與齒頂處,開裂特征明顯。金相組織檢驗發現,主動齒輪帶狀組織中鐵素體帶處是裂紋,裂紋擴展并與帶狀組織平行。部分裂紋呈鋸齒狀形貌,同事出現嚴重的次生裂紋,部分裂紋呈碎裂狀形貌。
分析認為,從動齒輪畸變超差失效是因工件組織均勻性差,帶狀組織嚴重引起的,工件在熱處理中各個部位膨脹系數以及相變比體積變化差異大,引起較大的組織應力,造成工件畸變過大超差而失效。主動齒輪出現軸向裂紋系因帶狀組織嚴重超差造成的。由于帶狀組織嚴重,相鄰部位顯微組織不同,差異很大,在外力作用下,性能薄弱處和強弱帶間適應力集中處,該處力學性能低而各向異性明顯,并且處于高應力作用,其橫向強度比縱向斷裂強度明顯低下,在熱處理中產生的組織應力和熱應力作用下,主動齒輪在應力集中薄弱區域萌生裂紋并擴展快裂。
根據以上分析,提出工藝改進措施如下:
(1)生產中從首工序嚴吧材料檢驗質量關口,要求帶狀組織≤3級,其他各項技術參數,性能指標合格,無縫鋼管內壁淬火機型號齊全,不允許不合格材料混入生產流程。
(2)齒輪鍛件毛坯件應進行金相檢驗,帶狀組織≤3級的合格坯件可進入加工程序,防止不合格鍛件進入再加工工序。
(3)建議鋼廠個鍛造廠采用新技術工藝,提高鋼材和鍛件毛坯組織性能質量,為減少和消除齒輪組織缺陷和畸變裂紋缺陷失效奠定基礎。
金屬配件使用高頻淬火的好處
一方面高頻淬火的好處體現在應用范圍
1、高頻淬火也可以稱作高頻退火機,鋼材生產企業各類線材、帶鋼淬火、退火、調質等熱處理生產線,帶自動閉環溫控系統,實現溫度控制。
2、透熱成型(高頻淬火設備可以稱作高頻加熱爐,高頻透熱爐)
A、各類標準件、緊固件、機械零配件、五金工具、直柄麻花鉆的熱鐓、熱軋。
B、金屬材料加熱退火。如:鋼管拉伸、彎管、砸頭;鐵絲、鋼絲加熱制釘;不銹鋼制品退火、漲型。
3、熱處理(高頻淬火處理)
各類五金工具、電動、液壓、氣動元件、汽、摩配等機械金屬部件的表面、內孔、局部或整體淬火。如:錘、刀、剪、鉗及各類軸、凸輪、鏈輪、齒輪、氣門、球頭銷、大型機床導軌、球墨鑄鐵的淬火,各種金屬線材熱處理流水線。
4、釬焊(高頻焊機,高頻釬焊設備)
各類硬質合金刀頭、車刀、銑刀、 刨刀、鉸刀、金剛石鋸片、鋸齒的焊接;磨具、鉆具、刃具的焊接;黃銅、紫銅、不銹鋼鍋底等金屬材料的復合焊接。
5、金屬熔煉:熔煉金、銀、銅等。
6、其它加熱領域
FW250分度頭主軸采用高頻淬火設備進行熱處理的具體工藝
FW250分度頭主軸的材料為45鋼。熱處理技術要求:除法蘭盤與中部硬度≤30HRC,其余為45-50HRC。為滿足其技術要求,采用高頻淬火設備進行熱處理,效果良好。
(1)工藝流程 下料一鍛造一正火一粗加工一調質一機械加工一φ48.2mm段局部淬火、回火一機械加工一感應淬火、回火一精加工。
(2)熱處理工藝
1)正火。采用高頻淬火設備,加熱溫度為830-850℃,出爐空冷。
2)調質。毛坯經粗加工后進行調質處理。其淬火加熱溫度為820-840℃,先水淬30s左右再入油冷卻;高溫回火溫度為610-630℃,空冷。淬火硬度≥50HRC,回火后硬度為235-265HBW。
3)φ48.2mm尺寸局部淬火、回火。選用高頻淬火設備進行局部淬火。其淬火加熱溫度為820-840℃,先水淬20s左右再入油冷卻;回火加熱溫度為340-360℃。
局部淬火部位硬度為45-50HRC,徑向圓跳動不大于加工余量的1/2。
4) 法蘭盤與中部感應淬火、回火。采用高頻淬火設備,感應器選擇自噴水式結構,其內徑為淬火部位外徑+(4-6mm)。淬火冷卻介質為清潔水。其淬火加熱溫度為880-900℃,陽極電壓為13.5kV,陽極電流為6A,屏極電流為1.2A,主軸連續淬火的相對移動速度為100mm/min?;鼗饻囟葹?80-300℃,回火后,硬度<30HRC。
5)校直。對個別畸變超差件,可采用200kN液壓校直機校正。校直后進行低溫回火,以消除殘余應力。
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