20CrMnTi齒輪滲碳淬火

1、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作 者： 王慧 學(xué) 號(hào)： 20921209 系 部： 模具技術(shù)系 專 業(yè)： 材料成型與控制技術(shù)（熱處理） 題 目： 20CrMnTi減速機(jī)齒輪的滲碳淬火 指導(dǎo)者：陳寧評(píng)閱者： 2013年 3 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分?，F(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件的要求愈來愈高，因此通過熱處理可以改變材料的加工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。為獲得理想組織性能，保證零件在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量，穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點(diǎn)、要求和技術(shù)條件，正確選擇材料；再根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、現(xiàn)場(chǎng)條件、熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最

2、后確定出一種最佳方案。20CrMnTi鋼具有晶粒細(xì)、滲碳淬火性能良好、工藝性能成熟可靠且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前生產(chǎn)量大致占滲碳齒輪鋼的70% ，齒輪在使用過程中，擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力的任務(wù)，在沖擊、交變應(yīng)力等作用下以齒根斷裂和齒面接觸疲勞為主要失效形式，因此齒輪鋼應(yīng)有良好的強(qiáng)韌性、耐磨性以承受沖擊、彎曲和接觸應(yīng)力；此外，還要求變形小、精度高，噪聲低。本設(shè)計(jì)便是對(duì)20CrMnTi減速機(jī)齒輪熱處理工藝進(jìn)行詳細(xì)的說明，從選材下料到熱處理工藝路線，以及最后的質(zhì)量檢驗(yàn)、可能產(chǎn)生的缺陷及預(yù)防措施等，都進(jìn)行逐一分析，盡可能的將整個(gè)過程詳盡的展現(xiàn)出來，從而對(duì)大家有所幫助。關(guān)鍵詞：20CrMnTi； 減速機(jī)齒輪； 滲碳

3、淬火； 缺陷畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Title: 20CrMnTi Reducer Gear Carburizing and Quenching Abstract：Heat treatment technology of metallic materials is an important part of the project. The rapid development of modern industry of machinery parts and components of the increasingly high demand, so the heat treatment can

4、 change the material and process performance, give full play to the potential, improve the service life of the workpiece. In order to obtain the ideal organizational performance, guarantee the components in the production process quality, stability and service life, must from the characteristics of

5、the workpiece, requirements and technical conditions, proper selection of materials; then according to the scale of production, site conditions, heat treatment equipment and puts forward several feasible heat treatment scheme, finally determine a kind of optimum scheme.20CrMnTi steel has fine grain

6、size, good performance, carburizing and quenching process is mature and reliable performance and low cost, the current production capacity accounted for roughly70% of carburized gear steel, gear during use, charged with the transmission of dynamic task, in shock, alternating stress under the action

7、of taking root fracture and tooth surface contact fatigue as the main the failure forms of gear steel, therefore, should have good strength and toughness, abrasion resistance to withstand impact, bending and contact stress; in addition, also called little deformation, high precision, low noise.This

8、is designed for20CrMnTi reducer gear heat treatment process in detail, from material selection under the expected heat treatment technology route, as well as the final quality inspection, the possible defects and preventive measures and so on, are analyzed and explained, as far as possible the whole

9、 process detailed show hill, thus all of you to help.Keywords：20CrMnTi; Reducer gear; carburizing and quenching; defect目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要I畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要II目 錄IV第一章 緒論11.1 減速機(jī)齒輪的應(yīng)用11.2 減速機(jī)齒輪的作用41.3 齒輪用鋼的分類與生產(chǎn)51.4 國(guó)內(nèi)外汽車齒輪發(fā)展現(xiàn)狀61.5 減速機(jī)齒輪的性能要求91.6 加工工藝性能要求91.7 材料的選擇10第2章 熱處理工藝選擇112.1 預(yù)備熱處理的工序位置112.2 最終熱處理的工序位置

10、112.3 最終熱處理工藝方法選擇11第三章 熱處理工藝特性對(duì)齒輪質(zhì)量和壽命的影響123.1 淬透性123.2 變形開裂傾向123.3 淬硬性12第四章 20CrMnTi鋼的基本性質(zhì)134.1 鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能134.2 含碳量及合金元素作用144.3汽車變速箱變速齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)164.3.1 服役條件164.3.2 失效形式164.3.3 性能要求17第五章 20CrMnTi變速齒輪加工工藝185.1 減速機(jī)齒輪常用的加工工藝路線185.2 各種工藝路線的分析185.2.1 等溫正火185.2.2 滲碳+淬火+回火185.2.3 噴丸處理205.2.4 檢驗(yàn)20第六章 熱處理后的

11、金相組織216.1 20CrMnTi等溫正火后金相組織216.2 20CrMnTi經(jīng)滲碳后淬火、回火處理金相組織21第七章 質(zhì)量控制與檢驗(yàn)方法237.1 隨爐試樣檢驗(yàn)237.1.1 表面硬度237.1.2 心部硬度237.1.3 有效硬化層深度237.1.4 表層組織247.2 齒輪熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)257.2.1 外觀257.2.2 齒面硬度257.2.3 有效硬化層深度257.2.4 畸變26第八章 熱處理工藝過程中的質(zhì)量檢驗(yàn)278.1 滲碳淬火后齒輪的檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和要求278.2 滲碳齒輪的常見缺陷及防止措施288.3 滲碳淬火后畸變?cè)蚍治黾敖鉀Q措施298.3.1 滲碳淬火后畸變?cè)蚍治?/p>

12、298.3.2 減小滲碳淬火齒輪畸變的措施32結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37第一章 緒論隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門迫切需要各種各樣質(zhì)量?jī)?yōu)、性能好、效率高、能耗低、價(jià)格廉的機(jī)械產(chǎn)品。其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)師決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。因此我們應(yīng)該注重產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，通過有效的熱處理方式提高減速機(jī)齒輪質(zhì)量，使減速機(jī)產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.1 減速機(jī)齒輪的應(yīng)用齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面

13、占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報(bào)導(dǎo)，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國(guó)Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、

14、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功，美國(guó)和荷蘭近期研制的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級(jí)范圍，如能輔以納米級(jí)的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。國(guó)內(nèi)減速器現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)?。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw

15、。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國(guó)

16、內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。二、平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡(jiǎn)介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)

17、齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。 三、本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)： 1.本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn),本新型的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"與國(guó)內(nèi)外已有的齒輪減速器相比較，有如下特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)比范圍大，自I=10起，最大可達(dá)幾千。若制

18、作成大傳動(dòng)比的減速器，則更顯示出本減速器的優(yōu)點(diǎn)。（2）傳遞功率范圍大：并可與電動(dòng)機(jī)聯(lián)成一體制造。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。比現(xiàn)有的齒輪減速器減少1/3左右。（4）機(jī)械效率高。嚙合效率大于95%，整機(jī)效率在85%以上，且減速器的效率將不隨傳動(dòng)比的增大而降低，這是別的許多減速器所不及的。 （5）本減速器的輸入軸和輸出軸是在同一軸線上。本減速器與其它減速器的性能比較見表1。因缺少數(shù)據(jù)，表中所列的各減速器的功率/重量比是最優(yōu)越的。?表1?各類減速器比較型號(hào)功率（kw）減速比質(zhì)量（kg）QI-45093 31.5 1820 ZSY-250? 95 31.5 540 NGW-92 88.1 31.5

19、 577 SEW(德國(guó)) 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注：NP-100為內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器，SEW減速器的質(zhì)量含電機(jī)。2.本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)?由圖2可知，"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"是由內(nèi)齒輪Z2、外齒輪Z1和平行四邊形機(jī)構(gòu)組合而成的。它的傳動(dòng)原理是：電機(jī)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，外齒輪作平行移動(dòng)，其圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，與之嚙合的內(nèi)齒輪則作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)橥恺X輪作平行移動(dòng)，所以稱謂平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。齒輪的平行移動(dòng)需要有輔助機(jī)構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)的，可采用（612副）銷軸、滾子作為虛擬輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以采用偏心軸作為實(shí)體輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝是

20、組成平行四邊形構(gòu)件的尺寸計(jì)算及其要求的加工精度、輪齒主要參數(shù)的選擇。這些因數(shù)都將影響傳動(dòng)的能力和傳動(dòng)的質(zhì)量?？偟恼f，組成本減速器的各零部件都要求有較高的精度，它們將決定著減速器的整體傳動(dòng)質(zhì)量。3.本項(xiàng)目的概況本項(xiàng)目已獲得中國(guó)實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL95227767.本項(xiàng)目1995年試制出第一臺(tái)樣機(jī)（功率2.5kW，傳動(dòng)比I=32）后，陸續(xù)與一些廠礦合作，設(shè)計(jì)了下面幾種不同功率、不同傳動(dòng)比的減速器。（1）電動(dòng)推拉門用減速器，功率550W，傳動(dòng)比I=26，與電機(jī)連成一體。（2）攪拌機(jī)用減速器，功率370W，傳動(dòng)比I=17。（3）某軍品用的兩種減速器，一種功率370W，傳動(dòng)比I=23.5；另一種功

21、率370W，傳動(dòng)比I=103的二級(jí)傳動(dòng)減速器。（4）鋼廠大包回轉(zhuǎn)臺(tái)減速器，功率7.5kw，傳動(dòng)比I=64。（5）鋼廠輥道減速器，功率7.5kw，傳動(dòng)I=11。在本專利的基礎(chǔ)上，已研制出一種新型超大型減速器，功率可達(dá)1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸為毫米級(jí)）的微型減速器。市場(chǎng)需求分析 1.市場(chǎng)需求前景同平動(dòng)齒輪減速器由于體積小，重量輕，傳動(dòng)效率高，將會(huì)節(jié)省可觀的原料和能源。因此，本減速器是一種節(jié)能型的機(jī)械傳動(dòng)裝置，也是減速器的換代產(chǎn)品。本減速器可廣泛應(yīng)用于機(jī)械，冶金、礦山、建筑、航空、軍事等領(lǐng)域。特別在需要較大減速比和較大功率的各種傳動(dòng)中有巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用價(jià)值。 2.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益現(xiàn)有的

22、各類減速器多存在著消耗材料和能源較多，對(duì)于大傳動(dòng)比的減速器，該問題更為突出。而本新型減速器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于減速裝置在各部門中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究這個(gè)基礎(chǔ)部件。不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長(zhǎng)使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進(jìn)的話，都將會(huì)促進(jìn)資源（包括人力、材料和動(dòng)力）的節(jié)省。 可以預(yù)見，本新型減速器在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的潛力是很大的，特別是我國(guó)超大型減速器（如水泥生產(chǎn)行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器）大多依靠進(jìn)口，而本減速器的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)就是可以做超大型的減速器，完全可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空白，并將具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 將電動(dòng)機(jī)輸出的

23、較高轉(zhuǎn)速通過直徑、模數(shù)不同的齒輪傳動(dòng)，變?yōu)樗枨蟮牡娃D(zhuǎn)速。1.2 減速機(jī)齒輪的作用降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩。減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。1、減速機(jī)的工作原理減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電動(dòng)機(jī).內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)的輸入制動(dòng)器軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對(duì)相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。減速機(jī)與變頻器的區(qū)別減速機(jī)是通過機(jī)械傳動(dòng)裝置來降低電機(jī)（馬達(dá)）轉(zhuǎn)速，而變頻器是通過改變交流電頻率以達(dá)到電機(jī)（馬達(dá)）速度調(diào)節(jié)

24、的目的。通過變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能的目的2、設(shè)計(jì)的原始資料和數(shù)據(jù)（1）原動(dòng)機(jī)的類型、規(guī)格、轉(zhuǎn)速、功率（或轉(zhuǎn)矩）、啟動(dòng)特性、短時(shí)過載能力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。（2）工作機(jī)械的類型、規(guī)格、用途、轉(zhuǎn)速、功率（或轉(zhuǎn)矩）。工作制度：恒定載荷或變載荷，變載荷的載荷圖；啟、制動(dòng)與短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)頻率；沖擊和振動(dòng)程度；旋轉(zhuǎn)方向等。（3）原動(dòng)機(jī) 作機(jī)與減速器的聯(lián)接方式，軸伸是否有徑向力及軸向力。（4）安裝型式（減速器與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)的相對(duì)位置、立式、臥式）。（5）傳動(dòng)比及其允許誤差。（6）對(duì)尺寸及重量的要求。（7）對(duì)使用壽命、安全程度和可靠性的要求。（8）環(huán)境溫度、灰塵濃度、氣流速度和酸堿度等環(huán)境條件；潤(rùn)

25、滑與冷卻條件（是否有循環(huán)水、潤(rùn)滑站）以及對(duì)振動(dòng)、噪聲的限制。（9）對(duì)操作、控制的要求。（10）材料、毛坯、標(biāo)準(zhǔn)件來源和庫(kù)存情況。（11）制造廠的制造能力。（12）對(duì)批量、成本和價(jià)格的要求。（13）交貨期限。眾所周知，一臺(tái)機(jī)器通常由三個(gè)基本部分組成:即動(dòng)力機(jī)、減速機(jī)裝置和工作機(jī)構(gòu)。此外，根據(jù)機(jī)器工作需要，可能還有控斜系統(tǒng)和潤(rùn)滑、照明等輔助系統(tǒng)。機(jī)械減速機(jī)裝置是指將動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能以機(jī)械的方式傳送到工作機(jī)構(gòu)上去的中間裝置。3、機(jī)械減速機(jī)裝置能分別起以下作用:（1)改變動(dòng)力機(jī)的輸出速度(減速、增速或變速)，以適合工作機(jī)構(gòu)的工作需要；（2)改變動(dòng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，以滿足工作機(jī)構(gòu)的要求；（3)把動(dòng)力機(jī)輸

26、出的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)構(gòu)所需的運(yùn)動(dòng)形式如將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或反之；（4)將一個(gè)動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能傳送到數(shù)個(gè)工作機(jī)構(gòu)，或?qū)?shù)個(gè)動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能傳遞到一個(gè)工作機(jī)構(gòu)；（5)其他的特殊作用，如有利于機(jī)器的裝配、安裝、維護(hù)和安全等而采用機(jī)械減速機(jī)裝置。1.3 齒輪用鋼的分類與生產(chǎn)齒輪作為大批量生產(chǎn)零件，生產(chǎn)成本關(guān)系到整個(gè)機(jī)器的成本，進(jìn)而關(guān)系到產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低成本則是齒輪廠家和用戶一貫的追求。相應(yīng)地，減速機(jī)齒輪鋼的發(fā)展方向是長(zhǎng)壽命、高性能、低成本易加工和多品種。齒輪用鋼一般分為低碳滲碳齒輪鋼和中碳調(diào)質(zhì)齒輪鋼兩類。低碳滲碳齒輪鋼鋼種有20CrMnTi、20CrMo，中碳調(diào)質(zhì)齒輪鋼鋼種有40、40C

27、r等。如所共知，先進(jìn)的設(shè)備加上先進(jìn)的工藝技術(shù)，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼材，在這方面，我國(guó)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚存在一定的差距。在煉鋼生產(chǎn)的工藝裝備上，目前我國(guó)通過LF+VD+連鑄工藝已能夠?qū)⒀鹾拷档偷?0ppm以下，但對(duì)有害元素P、S等元素的控制、淬透性帶寬控制、鋼純凈度以及軋材組織均勻性方面與世界先進(jìn)水平相比還較為落后。為將滲碳齒輪鋼淬透性帶穩(wěn)定地控制在較窄范圍，并且為提高鋼材的純凈度，改善齒輪壽命，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主要采用兩種生產(chǎn)工藝:一是日本山陽(yáng)為代表的雙精練+連鑄工藝路線，即，EF+LF+RH+CC工藝，可有效降低氧及氧化物含量與其它雜質(zhì);二是西歐、美國(guó)和日本部分廠家采用的單精煉+連鑄工藝，氧含量

28、可控制在20Ppm以下。目前，就國(guó)內(nèi)齒輪用鋼的生產(chǎn)而言，主要集中在特鋼企業(yè)(占總量85%90% )，仍舊采用傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼，生產(chǎn)工藝基本有兩種:(1)EAF(或BOF ) +LFV(或VAD , RH)精煉模(連)鑄初軋開坯(或鍛打) 橫列式軋機(jī)或半連軋軋制成材精整檢驗(yàn)入庫(kù)。(2) UHP ( EBT ) +LF/VD精煉合金鋼方坯連鑄半連軋軋制成材精整檢驗(yàn)入庫(kù)。對(duì)齒輪鋼的冶煉而言，一般均配備二次精煉設(shè)備，電弧爐冶煉僅作為鋼鐵料的熔化工具(電弧爐向轉(zhuǎn)爐方向發(fā)展)，主要任務(wù)簡(jiǎn)化為脫碳脫磷，余精煉任務(wù)都通過爐外精煉完成。因此，現(xiàn)代化的超高功率電爐一般采用單渣法冶煉、強(qiáng)化吹氧，長(zhǎng)弧泡沫渣操作工藝，

29、既提高電爐煉鋼效率縮短冶煉時(shí)間，還可以降低電極和能量消耗。對(duì)齒輪鋼的二次精煉而言，不僅是實(shí)現(xiàn)電爐快速熔煉的前提，也是提高鋼產(chǎn)量、增加品種、協(xié)調(diào)電爐一連鑄生產(chǎn)及實(shí)現(xiàn)多爐連澆的重要手段。二次精煉可以根據(jù)冶金目的進(jìn)一步凈化鋼水，去氧，去除夾雜，均勻鋼水成分和溫度，調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏等。對(duì)齒輪鋼的連鑄而言，包括保護(hù)澆鑄技術(shù)、中間包冶金、電磁攪拌、保護(hù)渣及自動(dòng)化技術(shù)等技術(shù)措施。在制造齒輪的機(jī)械處理廠，低碳滲碳齒輪鋼加工工藝流程一般為：鋼材下料鍛造正火粗加工精加工滲碳或碳氮共滲淬火+低溫回火(磨齒) 檢驗(yàn)包裝；中碳調(diào)質(zhì)齒輪鋼的加工工藝流程為：鋼材下料(鍛造正火) 粗加工調(diào)質(zhì)處理精加工關(guān)鍵部位感應(yīng)加熱淬火+低溫回

30、火(磨齒) 檢驗(yàn)包裝。低碳滲碳齒輪鋼的心部碳含量較低而具有良好的韌塑性，齒輪表面經(jīng)滲碳或碳氮共滲后可淬硬至HRC5862的硬度因而具有良好的表面耐磨性；中碳調(diào)質(zhì)齒輪鋼調(diào)質(zhì)處理后可使其整體具有良好的綜合力學(xué)性能，而齒面等關(guān)鍵部位感應(yīng)淬火后也可得到較高的表面硬度。調(diào)質(zhì)齒輪鋼主要用于制作中小模數(shù)的齒輪，而滲碳齒輪鋼則用于制作較大模數(shù)的或重載齒輪，相比較而言，滲碳齒輪鋼在齒輪行業(yè)中的重要性更大且應(yīng)用范圍更為廣泛。1.4 國(guó)內(nèi)外汽車齒輪發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)汽車用齒輪鋼的鋼種及系列是與汽車產(chǎn)品技術(shù)引進(jìn)分不開的。如引進(jìn)德系品牌的桑塔納、奧迪、捷達(dá)轎車技術(shù)時(shí)，齒輪鋼也同時(shí)采用了大眾企標(biāo)的MnCr系列齒輪鋼，在引進(jìn)日系

31、汽車品牌的同時(shí)，其相關(guān)的零部件用材也基本采用了JIS標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)牌號(hào)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)齒輪鋼的主體鋼種仍是20CrMnTiH。配合國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)引進(jìn)而試制的新產(chǎn)品有Cr系、CrMo系、CaMn系、Ca一Mn一B系、Cr一NiMo系、CrMnNi系等20多個(gè)鋼種。其產(chǎn)量基本能滿足國(guó)產(chǎn)化的要求并對(duì)齒輪鋼的結(jié)構(gòu)調(diào)整起了先導(dǎo)作用。引進(jìn)鋼號(hào)的新產(chǎn)品試制也基本上是按國(guó)外企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)訂貨而后組織生產(chǎn)，與老產(chǎn)品相比，標(biāo)準(zhǔn)要求高得多，主要表現(xiàn)在以下方面：a淬透性，奧迪、桑塔納、切諾基、捷達(dá)轎車及153中型載貨車用齒輪鋼要求單點(diǎn)控制，帶寬7HRC；標(biāo)致、富康轎車及斯太爾重型車要求全帶(多點(diǎn))控制，帶寬47HRC。b純凈度，氧含量

32、0.02,B系夾雜2級(jí)。cS及Al含量，硫含量處于0.01500.035之間或0.0250.040之間；鋁含量處于0.0150.040之間。國(guó)外汽車齒輪鋼是在通用的滲碳結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上開發(fā)的，有Cr系、CrMn系、CrMnB系、CrMo系、CrNiMo系、QMnNi系多種系列。在德國(guó)滲碳鋼標(biāo)準(zhǔn)Dl72l0中合金鋼有8個(gè)鋼號(hào)，有Cr系、CrMn系、CrMo系、QNiMo系。其中用得最多的是Q鋼和CrMn鋼。我國(guó)從德國(guó)引進(jìn)的奧迪、桑塔納和捷達(dá)轎車用的齒輪鋼為Cr鋼和QMn鋼。它們除符合DIN17210標(biāo)準(zhǔn)的一般要求外，還要符合德國(guó)大眾公司的標(biāo)準(zhǔn)要求。德國(guó)大眾公司用的齒輪鋼有如下特點(diǎn)：a根據(jù)齒輪的工況和

33、尺寸大小選擇不同的鋼號(hào)，例如奧迪轎車變速箱的主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪就分別選用上述標(biāo)準(zhǔn)中的4221、4l29和4l25鋼號(hào)。b鋼材的淬透性范圍窄。一般為87HRc。而且要求同一批投料要在4HRC以內(nèi)。主要是為了控制齒輪熱處理后的變形。這比DIN17210中規(guī)定的要嚴(yán)得多，也比國(guó)內(nèi)齒輪鋼的淬透性帶窄得多。c含硫量控制在002O0035。這是為了改善鋼材的切削性能，而不像國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)那樣僅規(guī)定上限，如SO.035，這意味著越低越好。d含硅量要求嚴(yán)，Si()O.12%。這是為了改善滲碳層組織和性能比DIN17210(015035)和國(guó)內(nèi)規(guī)定(O，l7037)都要嚴(yán)格。e通過控制鋼中含鋁量(0020055)來控

34、制鋼材晶粒度。國(guó)產(chǎn)20Mn是通過加鈦來細(xì)化晶粒，但加工易形成TiN夾雜物麗降低齒輪的接觸疲勞壽命。用鋁控制晶粒度可以避免這種缺點(diǎn)。f對(duì)鋼的純凈度有較高的要求。這是為了提高齒輪的疲勞壽命。采用K法來評(píng)定鋼中夾雜物。為了保證鋼的純凈度，要控制鋼中含氧量，通常要求小于0.000015。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISG4052保證淬透性的結(jié)構(gòu)鋼中含碳量低的Mn鋼、Cr鋼、CrMo鋼、CrNi鋼和CrNiMo鋼都可作滲碳齒輪鋼使用，但是用得最普通的還是Cr鋼(SCr420H)和CrMo鋼(SCM420H)。這些鋼號(hào)在成分、性能要求及純凈度方面比我國(guó)的合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)的同類鋼號(hào)都有更為嚴(yán)格的要求。長(zhǎng)期以來，我國(guó)載貨汽車

35、齒輪使用最普遍的鋼種是20CrMnTi。這是上世紀(jì)50年代我國(guó)從原蘇聯(lián)引進(jìn)的中型的汽車齒輪18XTr鋼種(即20CrMnTi鋼)。該鋼晶粒細(xì)，滲碳時(shí)晶粒長(zhǎng)大傾向小，具有良好的滲碳淬火性能，滲碳后可直接淬火。文獻(xiàn)指出，在1980年以前，我國(guó)的滲碳合金結(jié)構(gòu)鋼(包括20CrbinTi鋼)在鋼材出廠時(shí)只保證鋼材的化學(xué)成分和用樣品測(cè)定的力學(xué)性能，但是在汽車生產(chǎn)時(shí)常常出現(xiàn)化學(xué)成分和力學(xué)性能合格的鋼材，由于淬透性能波動(dòng)范圍過大而影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況。例如若20CrMnTi滲碳鋼的淬透性過低，則制成的齒輪滲碳淬火后，心部硬度低于技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值，疲勞試驗(yàn)時(shí)，齒輪的疲勞壽命降低一半；若淬透性能過高，則齒輪滲碳淬

36、火后內(nèi)孔收縮量過大而影響齒輪裝配。由于鋼材淬透性能對(duì)輪齒心部的硬度和畸變都有極其重大的影響，1985年冶金部頒布了我國(guó)的保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件(GB5216-85)，在此技術(shù)條件中列入了包括20CrMnTiH、20MnVBH鋼在內(nèi)的10種滲碳鋼的化學(xué)成分、淬透性能數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：用于制造齒輪的20CrMnTi鋼的淬透性能指標(biāo)為距水冷端9mm處的硬度為30-42HRC。在此之后，采用20CrMnTi鋼生產(chǎn)齒輪的齒心部硬度過低和畸變過大的問題基本上得到了解決。一般認(rèn)為20CrMnTi等滲碳鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，滲碳后晶粒不會(huì)租化，可直接淬火。但實(shí)際上由于鋼材冶煉質(zhì)量的影響，常常在正常條件下發(fā)生晶粒

37、粗化現(xiàn)象。對(duì)多批材料的實(shí)際晶粒度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分實(shí)際晶粒度只有23級(jí)(930保溫3h條件下)。文獻(xiàn)認(rèn)為，20CrMnTi由于Ti含量較高，鋼中TiN夾雜物多，尤其是大塊的TiN夾雜是齒輪疲勞時(shí)的疲勞源，它的存在會(huì)降低齒輪的接觸疲勞性能。這種夾雜物呈立方結(jié)構(gòu)，受力時(shí)易發(fā)生解理開裂，導(dǎo)致齒輪早期失效。另一個(gè)問題是該鋼的淬透性能有限，不能滿足大直徑大模數(shù)齒輪的要求，滲碳有效硬化層深度和心部硬度均不能滿足重型齒輪的要求。此外，在熱處理過程中20CrMnTi鋼易產(chǎn)生內(nèi)氧化和非馬氏體組織而降低齒輪的疲勞壽命。但目前在我國(guó)齒輪滲碳鋼中還沒有哪一種鋼在滲碳工藝上有20CrMnTi鋼這樣成熟和可靠。所以，它仍

38、是目前國(guó)內(nèi)使用最普遍的滲碳鋼種。1.5 減速機(jī)齒輪的性能要求減速機(jī)是介于電機(jī)和設(shè)備間的一種調(diào)節(jié)機(jī)器，減速機(jī)齒輪用于傳遞扭矩與動(dòng)力、調(diào)整速度的作用。其工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能如下：表1-1 減速機(jī)齒輪的工藝性能要求零件名稱工作條件 常見失效形式要求的力學(xué)性能減 速 機(jī) 齒 輪A 、由于傳遞扭矩，齒根要承受較大的彎曲應(yīng)力和交變應(yīng)力；B 、由于減速機(jī)齒輪轉(zhuǎn)速變化范圍廣，齒輪表面承受較大的接觸應(yīng)力，并在高速下承受強(qiáng)烈的磨擦力；C 、由于工作時(shí)不斷換檔，輪齒之間經(jīng)常要承受換檔造成的沖擊與碰撞A 、當(dāng)齒輪所受彎曲應(yīng)力過大時(shí)，可能發(fā)生齒根折斷；B 、輪齒在交變應(yīng)力的作用下，長(zhǎng)時(shí)間工作可能發(fā)生疲勞斷

39、裂；C 、齒面在強(qiáng)磨擦作用下可能發(fā)生磨損和點(diǎn)蝕現(xiàn)象。D 、齒輪心部韌性過低時(shí)，在沖擊作用下可能發(fā)生斷裂A、表面高硬度、高耐磨性：齒面硬度 58-64HRC ，心部硬度 30-45HRC ；B、齒面高的接觸疲勞強(qiáng)度；C、齒根高的彎曲強(qiáng)度（b 1000Mpa ）；D、心部較高強(qiáng)度、高韌性（ a k 60J/cm 2 ）通過對(duì)減速機(jī)齒輪的工作條件、失效形式的全面分析，并根據(jù)零件的幾何尺寸、使用壽命要求，就能確定出零件應(yīng)具有的主要力學(xué)性能指標(biāo)。1.6 加工工藝性能要求減速機(jī)齒輪常用的加工工藝路線為：下料 鍛造 正火 粗、半精切削加工 滲碳 淬火、低溫回火 噴丸處理 加工花鍵 磨端面 磨齒 最終檢驗(yàn)根據(jù)

40、以上工藝要求，減速機(jī)齒輪的工藝性能要求如表1-2所示。表1-2 齒輪的工藝性能加工工藝類別目的性能要求材料要求鍛造制成毛坯一定的高溫塑性金相組織為固溶體的合金正火消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒零件形狀簡(jiǎn)單，尺寸較小。切削加工加工成半成品既有較高的強(qiáng)度、硬度，又有一定的塑性、韌性的中、低碳的結(jié)構(gòu)鋼滲碳增加表面碳含量低碳合金鋼淬火提高表面硬度和耐磨性提高淬透性，控制與減少變形、開裂傾向添加一定的合金元素如：Cr、Mn、Ti的合金結(jié)構(gòu)鋼等1.7 材料的選擇根據(jù)以上使用性能和加工工藝、加工成本的綜合要求，可基本確定為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼：即我們常用的合金滲碳鋼。從目前我國(guó)汽車制造廠常用的金屬材料來看，減速機(jī)齒輪多采

41、用 20CrMnTi 。第2章 熱處理工藝選擇 熱處理是機(jī)械制造過程中的重要工序。減速機(jī)齒輪的熱處理工序位置及熱處理工藝選擇、安排是否得當(dāng)，對(duì)于零件的質(zhì)量及切削加工性能起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)熱處理的目的及工序位置不同，熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。2.1 預(yù)備熱處理的工序位置為消除經(jīng)過鍛造的變速箱齒輪毛坯的內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、均勻組織，并改善切削加工性能，為淬火作好組織準(zhǔn)備，一般在鍛造之后、切削加工之前，可采用退火或正火作為預(yù)備熱處理。由于減速機(jī)齒輪厚度較均勻，在正火、退火均可使用的前提下，為提高工作效率，宜選用正火作為預(yù)備熱處理。2.2 最終熱處理的工序位置最終熱處理包括各種淬火、回火、

42、表面熱處理等。零件最終熱處理之后，即可獲得所需的力學(xué)性能：因零件硬度較高，除磨削加工之外不宜進(jìn)行其他形式的切削加工，故最終熱處理均安排在半精加工之后，磨削加工之前。2.3 最終熱處理工藝方法選擇根據(jù)減速機(jī)齒輪的工作條件及失效形式，對(duì)減速機(jī)齒輪的技術(shù)條件要求如下：齒輪根部b1000Mpa，ak 60J/cm2 ；齒面硬度5864HRC ，心部硬度3042HRC 。根據(jù)以上技術(shù)條件，減速機(jī)齒輪材料 ：20CrMnTi 采用的最終熱處理工藝為：先滲碳，使表面碳含量增加，心部仍維持低的含碳量，保持心部較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；滲碳之后進(jìn)行淬火和低溫回火，使輪齒表面硬度達(dá)到高硬度要求，心部仍維持較低的硬度。

43、第三章 熱處理工藝特性對(duì)齒輪質(zhì)量和壽命的影響 正確分析和理解熱處理性能指標(biāo)，對(duì)保證零件的質(zhì)量，滿足使用性能的要求，延長(zhǎng)零件的使用壽命，具有重大意義。主要的熱處理工藝性能指標(biāo)及要求如下3.1 淬透性淬透性的波動(dòng)范圍直接影響到齒輪的產(chǎn)品質(zhì)量。淬透性過低，則制成的齒輪滲碳淬火后，心部硬度低于技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值，疲勞試驗(yàn)時(shí)，齒輪的疲勞壽命降低；若淬透性過高，則齒輪滲碳淬火后，內(nèi)孔收縮量過大而影響齒輪裝配。由于淬透性對(duì)輪齒心部的硬度和畸變有重大影響，GB/T 5216-2004規(guī)定：用于制造齒輪的20CrMnTi的淬透性指標(biāo)為：距水冷端9mm處的硬度為30 42HRC。3.2 變形開裂傾向齒輪在淬火時(shí)因

44、加熱或冷卻速度太快，加熱或冷卻不均勻都可能造成工件變形甚至開裂。因此，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免尖角或厚薄斷面的突然變化；淬火時(shí)，盡量選擇冷卻速度較慢的專用淬火油進(jìn)行淬火。通過以上手段來減少變形開裂傾向。3.3 淬硬性淬硬性指鋼在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達(dá)到的最高硬度。淬硬性主要取決于鋼中的含碳量。含碳量越高，淬火后硬度越高。變速箱齒輪通過滲碳使齒輪表面達(dá)到高含碳量，淬火后使齒輪表面達(dá)到：齒面硬度 58 64HRC ，才能滿足齒輪表面高硬度、高耐磨的特性，保證齒輪齒面有足夠的使用壽命，不發(fā)生齒面點(diǎn)蝕和磨損。影響熱處理性能的因素還有鋼的回火穩(wěn)定性、過熱敏感性、

45、回火脆性和尺寸穩(wěn)定性等，只有正確處理以上各種因素對(duì)熱處理的影響，才能保證變速箱齒輪的正常使用，進(jìn)一步提高變速箱齒輪的質(zhì)量和壽命。第四章 20CrMnTi鋼的基本性質(zhì)20CrMnTi齒輪鋼是為含碳量0.17%2.24%的低碳鋼。減速機(jī)多用其制造傳動(dòng)齒輪，是中淬透性滲碳鋼20CrMnTi鋼，其淬透性較高，在保證淬透性情況下，具有較高的強(qiáng)度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性，其焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重載、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字等。20CrMnTi表面滲碳硬化處理用鋼。良好的加工性，特加工變形微小，抗疲勞性能良好。4.1

46、 鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能 20CrMnTi鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表4-1、表4-2。 表4-1 20CrMnTi的化學(xué)成分 化學(xué)成分百分比含量（%）C0.170.23Si0.170.37Cr1.001.30S允許殘留含量0.035Mn0.801.10P允許殘留含量0.035Ni允許殘留含量0.035Cu允許殘留含量0.035Ti0.040.10表4-2鋼的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度b(M P)1080屈服強(qiáng)度s(M P)835伸長(zhǎng)率s（%）10斷面收縮率（%）45沖擊功kv（J）55沖擊韌性值kv（J/cm2）69硬度217HB4.2 含碳量及合金元素作用20CrMnTi是含碳量為0.17%0.24%

47、的低碳鋼。根據(jù)該齒輪的工作特點(diǎn)，結(jié)合其使用要求，應(yīng)選用低合金滲碳鋼，一是含有較多的合金元素，確保了滲碳后淬透性，減少齒輪的變形量。二是齒輪基體的韌性得到了保障，能夠滿足齒輪的工作需要。含碳量低可使齒輪心部具有良好的韌性。合金元素鉻和錳的存在提高了淬透性，心部得到低碳馬氏體組織，增強(qiáng)了剛的強(qiáng)度；而鉻元素還有促進(jìn)滲碳、提高滲碳速度的作用；錳具有減弱滲碳時(shí)表面含碳量過高的作用；而鈦?zhàn)柚咕Я５拈L(zhǎng)大，提高軸承剛的強(qiáng)度和韌性。淬透性是低碳滲碳齒輪鋼在實(shí)際應(yīng)用中重要的性能指標(biāo)，鋼材化學(xué)成分的變化會(huì)造成淬透性的變化，而成分的均勻性則影響了淬透性帶的寬度。用末端淬透性來代替以往的力學(xué)性能檢驗(yàn)是評(píng)價(jià)齒輪鋼質(zhì)量的一

48、大進(jìn)步。 淬透性主要是保證大小齒輪適當(dāng)?shù)男牟坑捕?，并有利于控制熱處理變形。齒輪滲碳(或碳氮共滲)處理淬火后要求變形小而且規(guī)律固定，熱處理后盡量不進(jìn)行加工，因此鋼材的淬透性波動(dòng)(含批量鋼材之間)顯得非常重要，為此減速機(jī)齒輪用鋼標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了較窄的淬透性帶。淬透性帶寬度越窄，離散度越小，越有利于齒輪的加工及提高其嚙合精度。減速機(jī)滲碳齒輪的淬透性和淬透性帶寬的控制主要取決于化學(xué)成分及成分的均勻性。目前，對(duì)淬透性帶的控制上，國(guó)際水平是46HRC，先進(jìn)水平是不大于4HRC;國(guó)內(nèi)鋼廠普遍達(dá)到的水平是68HRC，部分特鋼廠也已達(dá)到46HRC的國(guó)際先進(jìn)水平。淬透性的波動(dòng)范圍直接影響到齒輪的產(chǎn)品質(zhì)量。淬透性過低

49、，則制成的齒輪滲碳淬火后，心不硬度低于技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值，疲勞試驗(yàn)時(shí)，齒輪的疲勞壽命降低；如淬透性過高，則齒輪滲碳淬火后，內(nèi)孔收縮量過大而影響齒輪裝配。在20CrMnTi中，碳、錳元素顯著增強(qiáng)其淬透性，鉻元素則影響不大，鈦元素對(duì)淬透性的影響有兩個(gè)方面：當(dāng)Ti0.07%時(shí)，提高淬透性；Ti0.07%時(shí)，則降低鋼的淬透性。表4-3和圖4-1分別為新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)20CrMnTiH的淬透性帶規(guī)定。表4-3 20CrMnTiH的淬透性規(guī)定(GB/T 5216-2004 )淬透性帶范圍離開淬火端下列距離（mm）的HRC 1.5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30H最大48 48 47 45 4

50、2 39 37 35 32 20 28最小40 35 36 33 30 27 24 22 20HH最大48 48 47 49 42 39 37 35 32 29 28最小43 42 39 37 34 31 29 27 24 21HL最大45 45 44 41 38 35 33 31 28 26 24最小40 39 36 33 30 27 24 22 20圖4-1 20CrMnTiH的淬透性規(guī)定(GB/T 5216-2004)4.3汽車變速箱變速齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)齒輪是機(jī)械設(shè)備中的重要零件，減速機(jī)齒輪為各種機(jī)械設(shè)備中的重要部件，用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和傳動(dòng)軸的速度比。故齒面在較高的載荷（沖擊載荷和

51、交變載荷等）下工作，因此磨損快。在工作過程中，通過齒面的接觸傳遞動(dòng)力，兩齒面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，既有滾動(dòng)也有滑動(dòng)，存在較大的壓應(yīng)力和摩擦力，齒端部也會(huì)經(jīng)常受到?jīng)_擊。要求減速機(jī)齒輪具有高的抗彎強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性，心部有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性。齒輪在傳遞力及改變速度的運(yùn)動(dòng)過程中齒合齒面之間既有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)而且齒面還受到脈動(dòng)或交變彎曲應(yīng)力的作用。4.3.1 服役條件A減速機(jī)齒輪的工作條件比機(jī)床要繁重得多，它們經(jīng)常在較高的載荷下工作，磨損亦較大。B在減速機(jī)運(yùn)行中由于齒根受著突然變載的沖擊載荷以及周期變動(dòng)的彎曲載荷，會(huì)造成輪齒的脆性斷裂或彎曲疲勞破壞。C齒輪的工作面承受著較大的壓力及摩擦力，

52、會(huì)造成麻點(diǎn)、接觸疲勞破壞及深層剝落，由于經(jīng)常換擋，齒的端部經(jīng)常受到?jīng)_擊，也會(huì)造成輪齒的端部破壞。因此在耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度和沖擊韌性等方面的要求均比機(jī)床齒輪高。4.3.2 失效形式（1）疲勞斷裂 齒輪在交變應(yīng)力和摩擦力的長(zhǎng)期作用下，導(dǎo)致齒輪點(diǎn)面接疲勞斷裂。其產(chǎn)生是由于當(dāng)齒輪受到彎曲應(yīng)力超過其持久極限就出現(xiàn)疲勞破壞而超過材料抗彎強(qiáng)度時(shí)，就造成斷裂失效；（2）表面損傷 a點(diǎn)蝕：是閉式齒輪傳動(dòng)中最常見的損壞形式，點(diǎn)蝕進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)為蝕坑至斷裂；b硬化層剝落:由于硬化層以下的過渡區(qū)金屬再高接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，使表面壓應(yīng)力降低，形成裂紋造成碳化層剝落；（3）磨損失效 a摩擦磨損：減速機(jī)受

53、力比較大，摩擦產(chǎn)生的熱量較大，齒面因軟化而造成塑性變形，在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)粘結(jié)而后被撕裂，造成齒面摩擦磨損失效。b磨粒磨損：外來質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入相互齒合的齒面間，使齒面產(chǎn)生機(jī)械擦傷和磨損，比正常磨損速度來得更快。另外，齒輪除上述失效形式外，齒端相互撞擊，而造成的齒端磨損，或因減速過猛或過載造成斷裂以及齒面塑性變形，崩角等失效形式。4.3.3 性能要求根據(jù)變速齒輪服役條件失效形式，對(duì)齒輪的性能作如下要求:(1)有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度；(2)表面有高的硬度和耐磨性；(3)具有高接觸疲勞抗力；(4)足夠的塑性和韌性；(5)高的淬透性。由于傳遞扭矩，齒根要承受較大的彎曲應(yīng)力和交變應(yīng)力，因此要求表面高硬度、高耐磨性：齒

54、面硬度5864HRC,心部硬度3045HRC。由于減速機(jī)齒輪轉(zhuǎn)速范圍廣，齒輪表面承受較大的接觸應(yīng)力，并在高速下承受強(qiáng)烈的摩擦力，輪齒在交變應(yīng)力的作用下，長(zhǎng)時(shí)間工作可能發(fā)生疲勞斷裂，齒面在強(qiáng)摩擦作用下可能發(fā)生磨損和點(diǎn)蝕現(xiàn)象，因此要求齒面有高的接觸疲勞強(qiáng)度。由于工作時(shí)不斷換擋，輪齒之間經(jīng)常要承受換擋造成的沖擊與碰撞，齒輪心部韌性過低時(shí)，在沖擊作用下可能發(fā)生斷裂，齒根高的彎曲強(qiáng)度(b>1000Mpa);因此要求齒輪心部較高強(qiáng)度、高韌性（k>60Jcm2）。第五章 20CrMnTi變速齒輪加工工藝5.1 減速機(jī)齒輪常用的加工工藝路線下料鍛造等溫正火機(jī)械加工滲碳+淬火+回火噴丸磨削檢驗(yàn)。5.

55、2 各種工藝路線的分析5.2.1 等溫正火等溫正火的溫度一般為930950，設(shè)備：RJX-75-9。圖5-1 20CrMnTi減速機(jī)齒輪工藝預(yù)先熱處理鍛坯等溫正火是為消除內(nèi)應(yīng)力，改善、細(xì)化組織，為后續(xù)加做準(zhǔn)備，便于切削加工。5.2.2 滲碳+淬火+回火（1）滲碳 使機(jī)械零件獲得高的表面硬度，耐磨性和高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。滲碳溫度：920950，保溫時(shí)間按滲碳層深度確定，取t=6h，滲碳層深度：1.81.9。滲碳設(shè)備必須有良好的爐溫均勻性、密封性和氣氛均勻性，否則同爐工件會(huì)由于爐溫或氣氛的不均勻而導(dǎo)致畸變量的不均勻。滲碳溫度特別影響奧氏體晶粒度，滲碳溫度越高，奧氏體晶粒越大，齒輪畸變?cè)?/p>

56、大，因此須盡可能降低滲碳溫度。由于滲碳齒輪的表面碳濃度和滲層深度會(huì)對(duì)滲層組織的膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響，滲碳后若表面形成不良碳化物分布，將增加齒形、齒向及花鍵孔的畸變，因此必須控制滲碳時(shí)碳勢(shì)，以防止表面碳濃度過高。滲碳層深度越厚，也將使畸變加大，因此，應(yīng)使?jié)B碳層深度控制在技術(shù)要求的合理范圍內(nèi)。齒輪滲碳時(shí)的裝爐方式對(duì)畸變也產(chǎn)生很大的影響，20CrMnTi滲碳采用井式氣體滲碳爐滲碳，滲碳?xì)怏w使用碳?xì)浠衔镉袡C(jī)液體，如煤油、丙酮等直接滴入爐內(nèi)氣體而得，為提高滲入速度，使表面達(dá)到合適的含碳量，將滲入過程分兩個(gè)過程進(jìn)行，即滲入階段和擴(kuò)散階段。（2）淬火 20CrMnTi經(jīng)滲碳后直接進(jìn)行淬火。齒輪滲碳后可預(yù)冷到870880并保溫一段時(shí)間，預(yù)冷過程中滲碳層析出二次滲碳體，滲層中殘余奧氏體量減少，預(yù)冷溫度不應(yīng)過低，以免心部游離鐵素體增多，降低心部硬度，預(yù)冷應(yīng)在爐內(nèi)進(jìn)行，并應(yīng)防止表面脫碳，選擇840±10 ，預(yù)冷2h。淬火介質(zhì)選擇10#機(jī)械油，因?yàn)?0CrMnTi淬透性好，油淬臨