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1.材料的選取

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（1）化學成分

材料的化學成分確定了材料端淬值的范圍，而對于某一特定結(jié)構(gòu)的齒輪，端淬值對心部硬度起決定性因素。首先選取SAE8620H材料，經(jīng)過了數(shù)輪的材料端淬值試驗選取和熱處理工藝試制，該產(chǎn)品的節(jié)線心部硬度均在34HRC以下。為了提升齒輪的心部硬度，經(jīng)過成分、使用性能類比分析（表1位SAE8620H與22CrMo材料主要化學成分對比），選用淬透性更好22CrMo材料。

表1  SAE8620H與22CrMo材料主要化學成分（質(zhì)量分數(shù)）對比（%）

采用22CrMo材料比8620材料有兩個明顯的優(yōu)勢：

①材料原始碳含量提高了0.02%，可以提高心部的淬硬性。

②其中Cr元素含量增加約0.50%，可以顯著提高材料的淬透性，為后續(xù)熱處理工藝參數(shù)的調(diào)整留有較寬的范圍。

 

（2）細化確定材料的端淬值

在綜合考慮節(jié)圓心部硬度和齒根心部硬度的要求，我們選取淬透性較好的22CrMoH1（表2位22CrMoH淬透性帶）。經(jīng)過數(shù)輪熱試發(fā)現(xiàn)，該模數(shù)齒輪的心部硬度與端淬值J15有較強的對應關系。不同的J15值應采取不同的淬火工藝。為了減少心部硬度的散差，從而更好地選取和固化熱處理工藝參數(shù)，將22CrMoH1最細分選料為34HRC≤J15≤37.5HRC和37.5HRC<J15≤41HRC兩組。

表2  22CrMoH淬透性帶

鋼號	熱處理規(guī)范		淬透性要求HRC
	正火溫度/℃	淬火溫度/℃	J15
22CrMoH1	925±10	925±5	34~41
22CrMoH2	925±10	925±5	30~36
22CrMoH3	925±10	925±5	32~39

 

（3）驗證22CrMoH1材料

分別挑選接近J15端淬值下限的34.4HRC和上限的40.3HRC的兩批材料進行對比熱處理試驗（見表3），只要采用相應的滲碳淬火工藝，端淬值偏下限的材料也能將心部硬度控制在技術范圍以內(nèi)。 

表3  22CrMoH1材料試驗選取

 

2.熱處理工藝參數(shù)的選取

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（1）淬火溫度對心部硬度的影響

對22CrMoH1編號314材料進行熱處理工藝試驗。在愛協(xié)林多用爐滲碳淬火，淬火條件相同的情況下，包括采用相同的好富頓355等溫淬火油，淬火溫度在該材料Ac3溫度上提高50℃，其心部硬度明顯提高了5～6HRC，通過這次試驗發(fā)現(xiàn)：針對某一產(chǎn)品選取淬火溫度很有必要，是影響心部硬度的重要因素之一。

表4  淬火溫度對比試驗

淬火溫度	編號314材料
	節(jié)圓心部硬度HRC	齒根心部硬度HRC
830℃淬火	35.2	33.2
870℃淬火	41.5	38.2
相差值	6.3	5.0

 

（2）淬火油類型對心部硬度的影響

不同類型淬火油的冷卻特性不一樣，采用常見的好富頓G油與好富頓355等溫淬火油進行對比試驗。通過表5可以看出相同滲碳淬火工藝，好富頓G油比355等溫淬火油淬火后，該產(chǎn)品心部硬度要高3～5HRC。

 

表5  22CrMoH1材料淬火油淬火對比試驗

淬火油類別	編號314材料		編號706材料
	節(jié)圓心部硬度HRC	齒根心部硬度HRC	節(jié)圓心部硬度HRC	齒根心部硬度HRC
G油淬火	39.3	36.0	44.5	42
355油淬火	34.7	31.0	40	39
相差值	4.6	5.0	4.5	3

 

（3）淬火冷卻條件（包括淬火油溫、油攪拌速度）對心部硬度的影響

分別對表3中靠近上限、下限端淬值的22CrMoH1材料進行熱處理工藝試驗。在其他淬火條件相同的情況下（均為好富頓355等溫淬火油），提高淬火冷卻劇烈程度，將淬火油溫由120℃降低到100℃，同時油攪拌器轉(zhuǎn)速由600r/min提高到1400r/min，其心部硬度明顯提高3HRC以上（見表6）。通過這次試驗發(fā)現(xiàn)：對于某一特定重量和形狀的產(chǎn)品可以控制淬火冷卻烈度提高心部硬度。

表6  冷卻劇烈程度對比試驗

淬火油溫及油攪拌速度	編號314材料		編號706材料
	節(jié)圓心部硬度HRC	齒根心部硬度HRC	節(jié)圓心部硬度HRC	齒根心部硬度HRC
120℃，600r/min淬火	41	38	40	39
100℃，1400r/min淬火	38	34.7	44.5	42
相差值	3	3.3	4.5	3

 

（4）裝爐量對心部硬度的影響

裝爐量對產(chǎn)品的心部硬度也有一定影響，主要和油池體積及油循環(huán)狀況有關，裝爐量適中，可以確保同爐產(chǎn)品心部硬度散差較小。愛協(xié)林多用爐最大裝料量為1000kg（包括料具重量），經(jīng)過10爐產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，為了控制同一爐最上層與最下層產(chǎn)品心部硬度散差在2HRC以內(nèi)，裝爐量最佳值約為最大裝爐量的一半。

 

3.從金相顯微組織上對齒輪心部硬度差異的分析

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（1）預備熱處理是影響齒輪淬火后心部硬度散差的重要因素之一

鍛造后正火金相組織應嚴格控制：基體組織為均勻分布的鐵素體+珠光體（F+P），級別≤3級，不允許存在魏氏體、貝氏體、馬氏體等非平衡組織；退火狀態(tài)下，鋼材帶狀組織應≤3級。鍛造后正火未消除的粗大晶粒、魏氏體組織，引起淬火后心部組織粗大、不均勻，增加了心部硬度的散差。

 

（2）淬火后心部金相組織與心部硬度的關系

由于該產(chǎn)品齒輪模數(shù)較大，在淬火冷卻過程中，產(chǎn)品心部并未完全淬透，淬火后心部主要是低碳馬氏體和索氏體組織，甚至析出游離狀鐵素體。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，在當前的生產(chǎn)條件下，該產(chǎn)品淬火溫度低于材料Ac3溫度10～15℃以上，齒輪心部就會出現(xiàn)較多的鐵素體，導致零件的心部硬度偏低。

 

4.結(jié)語

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影響精鍛半軸齒輪心部硬度的主要因素是材料、熱處理工藝參數(shù)、淬火油類型、冷卻條件，提高精鍛半軸齒輪心部硬度可以從以下五個方面進行控制：

（1）選用原始碳含量較高、淬透性較好的鋼材牌號。

（2）根據(jù)具體鋼種及J15值適當提高淬火溫度。

（3）選用冷卻性能好的淬火油，使心部充分獲取板條狀馬氏體組織。

（4）選取較快的淬火冷卻條件，如提高油攪拌速度，降低淬火油油溫，從而增加產(chǎn)品心部冷卻速度，減少心部鐵素體的析出量。

（5）原材料偏析及預備熱處理的合理要求。

經(jīng)過數(shù)批次生產(chǎn)，通過上述控制方法，該產(chǎn)品心部硬度均能很好的滿足技術要求，節(jié)圓心部硬度波動約±1HRC。