20CrMnTi无缝钢管渗碳齿轮轴类零件工作条件的分析热处理工艺

通过对齿轮轴类零件工作条件的分析，提出工艺要求并选定材料为20CrMnTi。然后通过锻造.940±10℃正火.900~920℃渗碳+淬火以及180±10℃回火等一系列工艺，最终得到满足工艺要求的齿轮轴类零件。关键词：20CrMnTi   齿轮轴类零件   热处理前言：减速箱上的一些零件既要求表面有较高的硬度，保持高的耐磨性，又要求零件的心部有较高的韧性，以确保整个零件获得足够大的强度，因此该零件大多采用低碳钢或低碳合金钢制造。齿轮轴类零件是减速箱结构中的重要零件，担负着传递动力`改变运动速度和运动方向的任务。根据齿轮轴类零件工作的特点，应选用低碳合金钢或中碳钢等，齿轮轴类零件经过正火或调质，最后进行渗碳或化学热处理，既保证了齿轮轴区基体组织的综合力学性能，又增加了齿轮轴类零件的耐磨性`抗咬合性，提高了齿轮轴类零件的疲劳强度和冲击韧性，延长了齿轮轴类零件的使用寿命。一．齿轮轴类零件工作条件和性能要求减速箱中齿轮轴类零件，担负着传递动力`改变运动速度和运动方向的任务。在速度变化和承受载荷时通常受到弯曲应力，摩擦应力，扭转应力等。与齿轮轴配合带动其它机件运动和向外输出动力（功率）。对于轴部分来说，传递动力过程中主要承受弯曲——扭转载荷和一定的冲击载荷的作用，要求有较高的静扭转强度和扭转疲劳寿命，良好的耐疲劳性能及冲击韧性。通常在齿轮轴和轴的交界部位会产生应力集中，在长期的运转和工作当中，在应力集中区易产生疲劳破坏，因此，弯曲和疲劳断裂是齿轮轴类零件的主要破坏形式。对于齿轮轴部分来说，其工作时通过齿面的接触来传递动力，其承受主要载荷作用在齿轮轴牙顶上，而齿根受到弯曲应力的作用，其周期性的变化应力使牙齿疲劳断裂或脆性折断，而齿面受到接触应力的作用，在压力过大而润滑又不充分时易发生粘着磨损，严重的会使齿面撕裂，因此受力状态十分复杂，必须经过化学热处理才能满足其工作要求。对要求表面硬度高，而心部具有良好韧性的工件，如齿轮轴，齿轮轴类零件，活塞销，以及其它轴类零件，一般采用低碳钢加工成型后对其进行渗碳处理。在工作过程中齿面的磨损最大，而且齿根承受变载后的冲击及周期性交变弯曲载荷，使用过程中有时出现脆性断裂或疲劳断裂，工作齿面受到较大的脉冲式接触压应力及摩擦应力作用，在传递动力的过程中既有滚动也有滑动，加上外来硬质点的磨损，因而会造成接触疲劳麻点急深层的快状剥落，另外在承载时受到变动的载荷扭矩和冲击作用，使齿端损坏。归纳起来有三种应力的作用，即弯曲应力，摩擦应力和接触应力。齿轮轴的主要失效形式为断齿、磨损、疲劳断裂及齿面蚀坑等，一般具体表现如下。①齿轮轴齿面磨损。是指在咬合过程中，齿面上会产生很大的压强，使其表面发生了塑性变形而变得凸凹不平，金属之间发生接触和黏合，齿轮轴在滑动过程中，二者之间产生磨损，因此又产生了新的摩擦力，齿面磨损是齿轮轴面相互摩擦的结果。②弯曲疲劳断裂。是齿轮轴咬合在齿根部会受到最大振幅的脉动作用，或交变弯曲应力的作用，造成齿部的断裂。③齿面磨损断裂。齿轮轴在工作过程中，由于齿面上的接触应力超过了材料本身的疲劳极限强度，会产生接触疲劳断裂。④表面麻点剥落、浅层剥落和深层剥落等。综上所述，齿轮轴类零件应具有以下的力学性能：具有足够的强度，减少轴颈的翘曲变形，提高自抗震能力。表面有高的硬度`弯曲疲劳强度`扭转强度和耐磨性。良好的抗疲劳强度和冲击韧性，心部有最佳的强度和冲击韧性。从齿轮轴类零件的工作条件来看，在耐磨性`疲劳强度与心部强度`冲击韧性等方面配合要求比较高，在某种程度上高频淬火或调质很难满足使用要求，而渗碳钢经过渗碳`淬火和低温回火就能很好的保证工作的需要。因此，对齿轮轴类零件进行表面处理，可提高表面硬度和耐磨性，同时耐腐蚀和疲劳强度明显提高。齿轮轴类零件渗碳的技术要求：表面含碳量为0·8％~1·05％，渗碳层厚度为0·9㎜~1·3㎜，渗碳淬火表面硬度不小于58~63HRC；低温回火表面硬度为58~64HRC，心部硬度为32~45HRC；变形量小和心部组织符合要求。