【正文】 點(diǎn)蝕進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)為 a. 點(diǎn)蝕 蝕坑至斷裂。 b. 硬化層剝落由于硬化層以下的過渡區(qū)金屬在高接觸應(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。 ⑶ 磨損失效汽車、拖拉機(jī)上的主載荷齒輪，受力比較大，摩擦產(chǎn)生熱量較大，齒面因軟 化而造成塑性變形，在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)粘結(jié)而后又被撕裂，造成齒面摩擦磨損失效 ⑷ 磨粒磨損外來質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入相互嚙合的齒面間，使齒面產(chǎn)生機(jī)械擦傷和磨損，比正常磨損 的速度來得更快。 2. 材料的選擇 ⑴零件的用途高速齒輪是機(jī)械工業(yè)的重要基礎(chǔ)件，廣泛地應(yīng)用在動(dòng)力、 冶金、石油化工、航空航天以及艦船工業(yè)等重要領(lǐng)域，常常被用于重型載貨汽車上。適用于工作條 件較為繁重、惡劣的汽車、拖拉機(jī)的變速箱和后橋中的齒輪。還被用于內(nèi)燃機(jī)機(jī) 車、 坦克、飛機(jī)上的變速齒輪，這對材料的性能要求更高。 ⑵工作條件 齒輪工作時(shí)，通過齒面的接觸來傳遞動(dòng)力。兩齒輪在相對運(yùn)動(dòng)過程中，既 有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)，表面受到很大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的作用。在齒根部位 受到很大的彎曲應(yīng)力作用；高速齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的過載產(chǎn)生振動(dòng)，承受一定的 沖擊力或過載；在一些特殊環(huán)境下，受介質(zhì)環(huán)境的影響而承受其它特殊的力的作用。 ⑶性能要求 齒輪的表面有高的硬度和耐磨性， 高接觸疲勞強(qiáng)度， 有較高的齒根抗彎強(qiáng)度， 高的心部抗沖擊能力。 ⑷選材高速、高載、承受較大沖擊載荷的齒輪，一般采用低碳合 金滲碳鋼或碳氮共 滲鋼，工作時(shí)表面承受很大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的作用，高速轉(zhuǎn)動(dòng)承受一定 的沖擊力或過載。選用8620H 鋼，由于鋼中含有 Cr 能夠提高淬透性， Cr 還 是碳化物形成元素，提高回火穩(wěn)定性； Mn 能增加鋼的強(qiáng)度和硬度，還有脫硫的 功效，也能提高鋼的淬透性； 8620H 鋼采用滲碳 +淬火 + 低溫回火，齒輪表面可以獲得 5864HRC 硬度，因淬透性較高，齒心部具有 較高的強(qiáng)度和韌性。因而選用 8620H 鋼。8620H 的含碳量為 ％屬于低碳鋼 ,滲碳時(shí)保證了碳元素的正常滲入。 淬火熱處 理后心部獲得低碳馬氏體 , 以保證心部具有足夠的塑性和韌性 ,抵抗沖 擊載荷。鋼中合金元素為 Cr％、 Mn％ 。 Cr、 Mn 合金元素能 提高鋼鐵索體的強(qiáng)度 ,同時(shí)提高鋼的淬透性。 8620H 齒輪根據(jù)使用性能要求表面耐磨 ,心部又要 求有良好的強(qiáng)韌性 ,所以要對 8620H 鋼進(jìn)行表面滲碳處理 ,滲碳淬火后表面得 到高碳馬氏體 , 具有較高的硬度和耐磨性。 3. 相變點(diǎn)的確定 四．零件的技術(shù)要求及選材 1. 技術(shù)要求 8620H 鋼制成的高速高載齒輪技術(shù)要求如下： 齒表硬度： 50～ 56 HRC 滲碳層深度為： ～ mm 2. 零件圖 3. 化學(xué)成分及合金元素的作用 20CrMnTi 鋼的化學(xué)成分 C ～ S ≤ 化學(xué)元素作用 ⑴ C：保證形成碳化物所需要的碳和保證淬火馬氏體能夠獲得的硬度， ⑵ Si：硅能阻止碳化物形核長大，使“ C”曲線右移，提高鋼的淬透性，還能提高鋼的抗回 牌號(hào) 臨界溫度 /℃ 淬火 正火 Ac1 Ac3 Ms 溫度 /℃ Ar1 Ar3 Mf 8620h 火性，提 高對鋼的綜合機(jī)械性能。 Si ～ P ≤ Mn ～ Ni ≤ Cr ～ Cu ≤ Ti ～ ⑶ Mn：主要作用是提高鋼的淬透性，增加鋼的強(qiáng)度和硬度，有脫氧及脫硫的功效（形成 MnS），防止熱脆。還可以改善滲碳層，有利于滲碳層增厚，增加 奧氏體冷卻時(shí)的過冷度，細(xì)化珠光體組織以改善機(jī)械性能。 ⑷ Cr：能夠提高鋼的淬透性并有二次硬化作用，還是碳化物形成元素，提高 回火穩(wěn)定性，增加鋼的耐磨性。 ⑸ Ti：是強(qiáng)碳化物形成元 素，在鋼中生成 MC 型碳化物，對提高鋼的耐磨性 和細(xì)化晶粒有一定的好處。 ⑹ S： S 是鋼中的雜質(zhì)元素，能明顯降低鋼的熱塑性，但是 S 能改善鋼的可 切削性能。 ⑺ P： P 是鋼中的有害雜質(zhì)元素，能降低鋼的強(qiáng)度和韌性。 ⑻ Ni：降低相變驅(qū)動(dòng)力，使“ C”曲線右移， CrNi 符合效果更好，提高鋼 的淬透性。 ⑼ Cu：銅元素比較穩(wěn)定，不易被氧化，所以含有的銅元素能起到耐腐蝕作用。 4. 所選材料的相變臨界點(diǎn) 20CrMnTi 鋼的淬透性曲線如下圖 20CrMnTi 鋼熱處理的臨界轉(zhuǎn)變溫度如下表格 鋼號(hào) Ac1 20CrMnTi 715 臨界溫度（近似值） （℃） Ac2 843 Ar1 625 五．熱處理工藝 1. 所選工藝的目的 ⑴ 正火 正火：將鋼加熱到一定的溫度 930177。 10℃，在空氣中冷卻或者進(jìn)行風(fēng)冷， 噴霧冷卻的熱處理工藝。正火工藝的加熱溫度要求足夠高，一般要求得到均勻的 單相組織。 正火的目的：降低硬度，改善加工性能，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，獲得 比較均勻的組織。 ⑵ 滲碳 滲碳：將低碳鋼工件放在富碳?xì)夥? 的介質(zhì)中進(jìn)行加熱（溫度一般為 880~950℃），保溫，使活性碳原 子滲入工件表面，從而提高表層碳濃度的過程，工件的表面被碳所飽和而獲得高碳的滲層組織。滲碳的目的：改變了材料的表面特性，使鋼的表面具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。 ⑶ 淬火 淬火：將工件加熱到 860℃左右的溫度，保溫一定時(shí)間，使之全部或部分 奧氏體化后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，獲得馬氏體或和貝氏體組織的熱處理工藝。淬火 是強(qiáng)化鋼材，充分發(fā)揮鋼材性能潛力的重要手段，通常需與回火配合使用，才能 獲得各類零件或工具的使用性能要求。 淬火的目的：使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體組織 。提高鋼的 力學(xué)性能，如強(qiáng)韌性、耐磨性。改善鋼的物理、化學(xué)性能。 ⑷ 回火 回火：將鋼加熱帶 180℃的溫度，保溫一定時(shí)間然后冷卻到室溫，是不穩(wěn) 定的組織（淬火馬氏體 +殘余奧氏體）轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織（回火馬氏體）的熱處理工藝。 回火的目的：減少或消除齒輪的淬火應(yīng)力，消除脆性，改善韌性、塑性， 滿足其力學(xué)性能要求。穩(wěn)定組織和尺寸，使亞穩(wěn)定的淬火馬氏體和殘余奧氏體進(jìn) 一步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織。 2. 熱處理工藝 ⑴ 正火 將材料為 20CrMnTi 鋼的齒輪放進(jìn)中溫箱式爐加熱到 930177。10℃，保溫 3 個(gè) 小時(shí)，使鋼中達(dá)到完全奧氏體化，然后取出齒輪，在空氣中冷卻到室溫。冷卻 后的組織是片狀珠光體 +鐵素體。其目的是在于使齒輪的硬度降低，消除毛坯的 鍛造應(yīng)力，均勻組織，改善切削加工性能，同時(shí)還為以后的熱處理做好金相組織 上的準(zhǔn)備。鋼中的 S 是雜質(zhì)元素，能明顯降低鋼的熱塑性，但是 S 能改善鋼的 可切削性能。正火還使鋼中晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。經(jīng)正火后，齒輪的表 面硬度為 156～ 207HBW。 ⑵ 滲碳 滲碳淬火工藝過程中，要防止齒輪變形，要嚴(yán)格控制滲碳齒輪的表面碳濃 度和滲層深度。因它們會(huì)對滲層組織的膨 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、齒向的變形 ,因此必須控制滲碳時(shí)的碳勢，以防止 表面碳濃度過高和碳量不均勻。滲 AA 碳層深度越厚 ,也將使畸變加大。表面含碳量 影響滲碳淬火齒輪的淬透性， 而材料的淬透 性對組織、 性能、 畸變有直接的影響。 因此應(yīng)使?jié)B碳層深度及其表面含碳量控制在合理適宜的范圍內(nèi)。 齒輪滲碳的方法 較多， 常用氣體滲碳 ,目前應(yīng)用電解質(zhì)氣相離子 (ECA)催滲技術(shù)控制滲碳變形也取 得較好效果?，F(xiàn)以可控井式爐中氣體滲碳為例優(yōu)化工藝，滴入煤油、苯、甲醇等 滲碳劑，加熱溫度從一般 采用的 930℃。這些介質(zhì)在高溫下分解，產(chǎn)生活性碳原 子，主要化學(xué)分解式如下： 2CO→ [C]+CO2 CH4→ 2H2+[C] 活性碳原子溶入鋼表面奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散 ,最后形成一定深度的滲碳層。 一般滲碳層深度取決于保溫時(shí)間， 可按每小時(shí)滲入 ～ 的速度估算。 滲碳時(shí)要控制滲碳的時(shí)間、活性碳的濃度 ,使表面的含碳量控制在 %～ % 范圍內(nèi)，并從表面到心部逐漸減小，心部仍保持原來低碳鋼的含碳量。滲碳的溫 度越高，時(shí)間越長，奧氏體晶粒越大，齒輪的畸變越大，把加熱溫度控制 930℃ 左右，目 的是控制奧氏體晶粒長大，獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小的 馬氏體組織。由于滲碳只改變工件表面的含碳量，要使?jié)B碳齒輪表面具有高的硬 度、高的耐磨性和心部良好韌性滲碳后必須進(jìn)行熱處理。 ① 滲碳劑的選擇 滴注式氣體滲碳的滲碳劑一般為甲醇（形成載氣） ，煤油、丙酮、醋酸 乙酯（形成富化氣）等，作為滲碳劑的有機(jī)溶劑，要求其單位液體加熱分解后能 產(chǎn)生的氣體體積大，碳氧比大，碳當(dāng)量（產(chǎn)生 1mol 活性碳所需的有機(jī)液體的質(zhì)量）小，氣氛中的 CO 和 H2 的含量穩(wěn)定，價(jià)格低廉、貨源充足、安全性 好。下 表列出了幾種常用作滲碳劑的幾種有機(jī)溶劑的碳當(dāng)量、碳氧比。常用的有機(jī)液體的滲碳特性 名稱 甲醇 以純 丙酮 乙酸乙酯 分子式 CH3OH C2H5OH CH3COCH3 CH3COOC2H5 航空煤油、燈 用煤油主要 成分： 9～ C14 C 和 C11～ C17 的 烷烴