齿轮淬火机

运输机减速器齿轮直径较大、强度要求高、齿面硬度 HRC48～ 53, 材料为 40Cr。齿轮形状见附图齿轮外径 5 302. 32mm; 齿宽 45 m m; 模数 315 mm。这种大直径齿轮工作时负荷较重, 轮齿要求强度 高。采用高频加热淬火硬化层浅, 不易保证强度要求。对齿轮技术要 求分析后采用中频加热喷水淬火, 喷水冷却是否会带来齿轮的开裂 或变形, 需要对 40Cr 钢齿轮具体情况进行具体分析。 2 采用水冷淬火的可行性 在长期生产过程中, 40Cr 钢制齿轮多采用油淬火。其原因首先是 40 Cr 钢在冷却速度较缓慢的冷却介质(如油) 中进行淬火, 就能够避开 奥氏体等温转变曲线鼻部, 达到 40Cr 钢淬火应达到的硬度。其次是 用水进行淬火冷却时, 冷却速度快, 易造成零件的热应力、组织应力 增大、零件的变形增大甚至开裂。采 用其他冷却介质, 例如聚乙烯醇水溶液、皂化液、氯化钙水溶液等, 都有许多不便之处。 (1) 40Cr 钢连续冷却曲线分析 在不同冷却速度下得到不同的硬度。冷却速度为 45 ℃?s 时硬度可 达 HRC58。硬度要求一般 HRC40～ 45、HRC45～ 42、HRC48～ 52 或≥HRC52。要达到这些范围的硬度, 只要冷却介质的冷却速度 ≥45 ℃?s, 再经一定温度回火就能达到要求的硬度。油、水、乳化液
    等冷却速度都远高于 45 ℃? s。问题是如何尽可能减少淬火变形和 开裂;40Cr 钢的 M s 点是 345 ℃;M f 点是 160℃。在淬火冷却时 只要避开奥氏体转变危险区冷却至 345 ℃以下, 奥氏体就会发生向 马氏体组织的转变。若在水中冷却至 250 ℃左右再进行空冷, 齿轮 的硬度达到 HRC50 以上是有把握的;由于淬火冷却过程是连续的, 给淬火硬化创造了有利条件。 确定大齿轮淬火喷水冷却的停喷水温度 在 250 ℃左右。停止喷水温度高于 250 ℃时, 已形成的马氏体有被 回火的可能, 造成硬度不足。停止喷水的温度低于 250 ℃则由于冷 却速度太快, 奥氏体向马氏体转变量太多而导致组织转变应力较大。 另一方面由于中频加热热量透入深度有限, 齿轮本身蓄热不大, 齿轮 表面温度达到 250 ℃时, 心部温度也不会太高, 从心部传至表面的 热量不会很多, 不致造成齿轮表面温度较多的回升使表面回火而影 响表面硬度。当齿轮在空气中缓慢冷却下来以后, 残余奥氏体逐步向 马氏体转变。 冷却至 160 ℃时, 奥氏体基本全部转变为马氏体, 此时 应及时回火。 (2) 变形情况分析 冷却介质冷却速度越快所形成的应力越大, 造成淬火齿轮变形开裂 的倾向越大。40Cr 齿轮采用淬火冷却至 250 ℃后出水空冷, 未转变 的部分奥氏体向马氏体转变时的冷却速度大大降低, 减小了这部分 奥氏体向马氏体转变的组织应力。 空冷对水冷时形成的热应力和组织 应力有部分回火消除作用。这样处理完全可以保证齿轮表面的硬度, 且齿轮的淬火变形小, 达到了热处理技术要求。