大型齒圈的熱處理滲碳淬火

大齒圈熱處理工藝預(yù)案兩個(gè)品種的大齒圈（工號(hào)分別為JG22006、JG14024，數(shù)量分別為2件和4件，材料均為20CrMnMo）即將投入熱處理進(jìn)行滲碳淬火，為爭(zhēng)取順利完成熱處理試制任務(wù)，特分析此次試制任務(wù)難點(diǎn)并制訂工藝預(yù)案與應(yīng)急預(yù)案如下：1.任務(wù)難點(diǎn)1.1齒圈熱后金相組織要求高：按JB/T6141.3標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，碳化物W3級(jí)、殘余奧氏體和馬氏體W2級(jí)、鐵素體W4級(jí)、晶粒度W5級(jí)，其中尤以馬氏體級(jí)別難于滿足。與金相組織相比，變形問(wèn)題是更大的困難所在。齒圈齒頂直徑分別為e2530、02740，如此大的齒圈我廠從未生產(chǎn)過(guò),無(wú)經(jīng)驗(yàn)；齒圈壁厚相對(duì)較小，工藝尺寸分別為250、220mm,易產(chǎn)生橢圓變形，以直徑更大、壁厚更小的JG14024為甚；JG14024齒寬260mm,與直徑之比為0.095，太小，易出現(xiàn)端面撓曲變形；雙聯(lián)齒的JG22006總高度達(dá)945mm，太高，不易產(chǎn)生端面撓曲，但會(huì)帶來(lái)上下兩端錐度畸變。目前熱前齒頂圓和公法線尺寸系參照其他廠經(jīng)驗(yàn)而設(shè)定，按此，滲碳淬火后需產(chǎn)生1.7%。左右的平均漲大量方能較好地符合圖紙要求和后序磨齒需要要因我廠與其他廠的生產(chǎn)過(guò)程條件可能存在差異，此次試制能否達(dá)到該平均漲大量目標(biāo)還未為可知，如實(shí)際漲大量小于或遠(yuǎn)小于目標(biāo)量，則很可能出現(xiàn)齒面磨不光的情況。為防止此情況發(fā)生，熱處理過(guò)程中須采取各種措施，除盡量實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)漲大量外，還應(yīng)盡量減小前述畸變量，較為理想的目標(biāo)是：齒頂橢圓W1.5mm、端面撓曲W0.8mm、全齒公法線長(zhǎng)度變

動(dòng)量W1.2mm(JG22006:W1.5mm)。2.工藝預(yù)案2.1工藝曲線按前述難點(diǎn)分析和要求，制訂滲碳淬火工藝曲線如下4hJG22]Q6JGH)241」建use莎3OJh38Jh15.fb9肌入4hJG22]Q6JGH)241」建use莎3OJh38Jh15.fb9肌入曲脇那停峨執(zhí)6肌/0.MC制冗/4h4h5h1h2.2.1裝爐2.2.1.1裝爐量從經(jīng)濟(jì)性和為獲得更大的漲大量出發(fā)，最好取大的裝爐量。裝爐量大，可方便獲得高的淬火油溫，油溫越高，漲大量越大。如2件JG22006和4件JG14024分別共爐，單爐工件散熱面積低于大重行星輪工件散熱面積，因此應(yīng)不存在額外的淬火安全隱患；盡管油溫高會(huì)降低冷卻能力，但仍不會(huì)低于重齒的鹽浴冷速。2.2.1.2工件支承工件須妥善支承，以避免因裝爐不當(dāng)引起的附加變形。從結(jié)構(gòu)尺寸看3點(diǎn)支承JG22006、8點(diǎn)支承JG14024即可限制兩圈的撓曲，但為盡量減小畸變，可適當(dāng)增加支承點(diǎn)數(shù)。為使底圈支承作業(yè)更方便、更有效，專用于大型齒輪、齒圈的墊塊和斜楔塊已投制，應(yīng)可用于后一爐的生產(chǎn)作業(yè)。底圈以上各圈間使用等高墊塊，數(shù)目與底圈支承點(diǎn)數(shù)相同。上下各支承點(diǎn)應(yīng)在同一鉛垂線上。如使用斜楔塊，裝爐后須確認(rèn)斜楔不會(huì)因振動(dòng)等而松動(dòng)。2.2.1.3隨爐試樣按機(jī)加工工藝卡確定的規(guī)格和數(shù)量，在裝料區(qū)中部懸掛隨爐金相試樣和機(jī)械性能試樣，金相試樣懸掛在靠近齒圈內(nèi)側(cè)處，應(yīng)注意防止齒圈上的防滲涂料流淌到試樣上。2.2.2工藝設(shè)定說(shuō)明階段升溫，減小工件加熱時(shí)內(nèi)部溫差，減少加熱變形。2.222工件深層較深(JG22006：DCp=4.6-5.0；JG14024：DCp=3.3-3.8),仍采用相對(duì)較低的滲碳溫度(920°C),以減小畸變。曲線中強(qiáng)滲、擴(kuò)散時(shí)間為暫定，具體視工藝模擬和試驗(yàn)情況確定。2.2.2.3滲碳結(jié)束后，如曲線所示，工件在爐內(nèi)先隨爐冷卻，后罐外鼓風(fēng)冷既要以低冷速冷卻，減小畸變，又要防止冷速過(guò)低而析出網(wǎng)狀碳化物進(jìn)而導(dǎo)致最終碳化物超級(jí)。2.2.2.4高溫轉(zhuǎn)變后重新加熱淬火，以達(dá)最終金相組織和表面硬度要求。最終加熱的溫度和時(shí)間參數(shù)是保證顯微組織和硬度的關(guān)鍵，曲線中時(shí)間參數(shù)為暫定，具體執(zhí)行時(shí)參考設(shè)備記錄曲線中罐內(nèi)外溫差而定。淬火冷卻操作要求如曲線所示。只要油溫不高于110°C,便不啟動(dòng)油槽外循環(huán)冷卻，以便保持高油溫，增大漲大量；攪拌淬火冷卻一段時(shí)間，至心部開(kāi)始馬氏體轉(zhuǎn)變后停止攪拌,降低工件內(nèi)外溫差和馬氏體轉(zhuǎn)變速度,減小畸變。當(dāng)然,停止攪拌會(huì)使淬火油存在溫度場(chǎng)差,上層油溫高于下層可能使淬火后上層工件漲大量大于下層工件,工件上端漲大量大于下端,盡管加大了錐度畸變,但從保證齒部有磨量的角度考慮,這是有利的。也可斷續(xù)短時(shí)攪拌。生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)就應(yīng)檢查攪拌泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況,四臺(tái)泵必須能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。淬火入油時(shí)工件應(yīng)與油槽同心。3.應(yīng)急預(yù)案盡管上述工藝已經(jīng)充分考慮并經(jīng)多方討論,但經(jīng)上述工藝過(guò)程處理后也仍可能有不符合預(yù)期要求的情況發(fā)生,應(yīng)具體問(wèn)題具體分析,探討采取返工、返修措施以滿足符合性要求的可行性?，F(xiàn)就可能出現(xiàn)的意外情況預(yù)案如下：顯微組織不合格3.1.1殘余奧氏體超級(jí) 可返回火。返回火時(shí)可提高溫度和/或延長(zhǎng)時(shí)間。碳化物、馬氏體和鐵素體超級(jí)通常須重新淬火進(jìn)行返修。如果碳化物形態(tài)和分布不良，可能需要消網(wǎng)處理。表面硬度不合格通常情況是工件硬度偏低。首先確認(rèn)檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性；然后參考隨爐試樣的硬度和組織情況，分析原因；如系工件表面殘奧高，可返回火；如系表面碳濃度不足，則需提高溫度重新加熱淬火，甚至可能需補(bǔ)滲碳后淬火。畸變超要求 工件太大，難于整形，應(yīng)通過(guò)過(guò)程控制防止畸變超差；如仍然發(fā)生，應(yīng)對(duì)過(guò)程進(jìn)行檢查、糾正或改進(jìn)并驗(yàn)證；超差工件如系橢圓或/和撓曲，將很難矯正，若能滿足后序加工的最低余量要求，則應(yīng)盡量尋求讓步接收；如系錐度，顛倒上下端面重新加熱淬火可在相當(dāng)程度上減小錐度，但可能會(huì)加大橢圓等畸變，所以若能滿足后序加工的最低余量要求，仍應(yīng)盡量尋求讓步接收。平均漲大量過(guò)大或不足平均漲大量過(guò)大齒部平均漲大量大于目標(biāo)量，可能會(huì)帶來(lái)磨齒后齒面硬化層深度低于圖紙要求、齒頂圓直徑大于圖紙要求的狀況。需參考橢圓、錐度、撓曲和公法線變動(dòng)量大小等，判斷是否會(huì)出現(xiàn)以上狀況；如果是，則應(yīng)綜合評(píng)估后采取相應(yīng)對(duì)策，對(duì)熱處理而言，可能需要采取的返工措施是補(bǔ)滲碳，加大硬化層深度。平均漲大量不足齒部平均漲大量低于目標(biāo)量，可能會(huì)帶來(lái)磨齒時(shí)余量不夠齒部磨不光、齒頂圓直徑小于圖紙要求的狀況。需參考橢圓、錐度、撓曲和公法線變動(dòng)量大小等，判斷是否會(huì)出現(xiàn)以上狀況