通常制作齿轮的毛坯材料需要经过锻造,以消除钢中的碳化物偏析,有利于得到合格的金相组织和性能,确保齿轮在复杂载荷下工作所需要的强度和冲击韧性,一般的流程为:剪切下料—锻造—正火或调质—车外圆和拉孔—去应力退火—精加工(拉、插、铣、刨等)—渗碳、低温氮碳共渗。

齿轮的预备热处理是指对成形的齿坯进行常用的热处理,即退火或正火处理与调质处理。正火或退火一般是安排在铸造或锻造之后,即粗加工前进行,目的是获得良好的切削加工性、消除钢件锻造时产生的残余应力、细化晶粒和改善组织等,减少淬火时变形和开裂的倾向。正火温度为900~970℃,硬度为156-269HBW。调质处理的目的也是为了细化晶粒和组织的均匀。由于获得了回火索氏体组织,因此齿坯的韧性更高,该工序一般安排在粗加工后(如低碳钢)。另外对部分齿轮进行去应力处理,可起到稳定组织和减少变形的作用。

齿轮毛坯的预备热处理工艺见表1-1。

对于渗碳齿轮而言,通常的热处理工序为:清理零件表面—装炉—渗碳、淬火—中间检验—清洗—回火—校花键孔。

通常,调质齿轮的特点是尺寸与重量大,设计、加工以及热处理比较容易,在工作过程中易跑合,要求齿根强度高和抗冲击能力强,因此在要求不严格的重型齿轮传动中,该类齿轮有比较大的比例。常见调质齿轮材料和热处理工艺如下:

1.预先热处理

调质齿轮的坯料热加工变形后,需要进行预先热处理以降低硬度、改善切削加工性以及因锻、轧等不当而产生的晶粒粗大与带状组织,消除热加工时造成的组织缺陷、细化晶粒,从而为齿轮的热处理做好准备。

通常的预备热处理包括正火或退火处理,对于碳钢以及低合金钢,则采用正火或退火处理;对于合金钢或淬透性较高的钢,则采用正火+高温回火或正火+高温退火。

2.调质处理

为了获得所要求的组织与性能,需要对调质齿轮进行淬火+高温回火处理,以获得具有良好综合力学性能的索氏体组织。齿轮加热完毕,应考虑钢的淬透性、变形与开裂倾向等,在确保淬透、有效控制变形与避免开裂的前提下,来选择的淬火冷却介质。

高温回火时需要考虑钢的第二类回火脆性问题,对于无此脆性的碳素钢采用高冷时,而针对合金钢齿轮则要回火结束后在水中或油中快速冷却。

表1-2 常用调质齿轮的热处理工艺

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