；＼：舍：全：舍：舍：舍：／ ：金！ 一试验研究一 汽车重载齿轮的体积～表面淬火新工艺 Ａ．Ｉ，Ｉ．ＭＨＸａｌＩＯＫ．Ｉ，Ｉ．王／Ｉ．Ｂｅｒｅｐａ （ＭＨＨＣＫＨｆｌ ａＢＴＯＭＯ６ＨＪＩ６ＨｂＩ￣Ｉ ３ａＢＯ］］，，ｒ．ＭＨＨＣＫ，Ｂｅａｏｐｙｃｃｎ￣） 摘 要：研发了用于处理低淬透性钢齿轮的仿形体积一表面感应淬火新工艺。与经渗碳、淬火处理的 ２０ＣｒＮｉ３Ａ钢齿轮相比，两者的表面硬度相当，前者硬化层深度为２～４ ｔｏｎｉ，是后者的１．５～２．０倍， 而心部硬度则比后者低２～６ ＨＲＣ。仿形体积一表面感应淬火的主要工艺参数为：感应加热的比功 率≤１０ ｋＷ／ｋｇ，加热速度４～８℃／ｓ。通过调节淬火剂量以１０００ ｏＣ／ｓ的速度和±０．１ Ｓ的精度冷 却后，经仿形体积一表面感应淬火的齿轮所有表面的硬度均可达５８～６３ ＨＲＣ。 关键词：仿形体积一表面感应淬火；齿轮；强烈淬火；低淬透性钢 中图分类号：ＴＧＩ５６．３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１６９０（２０１４）０５—００３２—０８ Ａ Ｎｅｗ Ｖｏｌｕｍｅ－ｓｕｒｆａｃｅ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｄａｐｔａｂｌｅ ｔｏ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｈｅａｖｉｌｙ Ｌｏａｄｅｄ Ｇｅａｒｓ Ａ．Ｉ．Ｍｉｃｈｌｕｋ．Ｉ．Ｉ．Ｖｅｇｅｒａ （Ｍｉｎｓｋ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｗｏｒｋｓ，Ｍｉｎｓｋ，Ｂｅｌｏｒｕｓｓｉａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｃｏｎｔｏｕｒ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｄａｐｔａｂｌｅ ｔｏ ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ｇｅａｒｓ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ２０ＣｒＮｉ３Ａ ｓｔｅｅｌ ｇｅａｒ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎｅｄ，ｂｏｔｈ ａｒｅ ｗｅｌｌ—ｍａｔｃｈｅｄ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｔｈｅ ｈａｒｄｅｎｅｄ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ２ ｔｏ ４ ｍｍ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｓ １．５ ｔｏ ２．０ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｄｅｅｐ ａｓ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ２ ｔｏ ６ ＨＲＣ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ．Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｖｏｌｕｍｅ．ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｏｒ ｅｑｕａｌ ｔｏ １ ０ ｋＷ／ｋｇ：ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ４～８℃／ｓ．Ａｆｔｅｒ ｇｅａｒ ｉｓ ｃｏｎｔｏｕｒ ｖｏｌｕｍｅ－ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｅｄ ｂｙ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｔ １０００％／ｓ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ±０．１ Ｓ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｌｌ ｒｅａｃｈ ａｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｓ ５８ ｔｏ ６３ ＨＲＣ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｏｕｒ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｇｅａｒ；ｉｎｔｅｎｓｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ；ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ０ 引言 体积一表面淬火工艺（Ｏ１－［３），是上世纪６０年 代，由前苏联著名的感应热处理专家 ⅢｅⅡｅ朋ＫｏＢｃＫＨ Ｋ ３教授专门为所谓的低淬透性钢 而研制的¨ 。其实质在于，对经表面感应加热的低 淬透性钢工件进行强烈淬火冷却，使工件淬透的表 层形成马氏体，而在更深地被加热到高于Ａｃ 温度 的内层形成托氏体、索氏体及珠光体。同时，通过降 低钢中杂质的含量（杂质总含量不应超过０．５％）来 淬透层深度，并沿轮齿的轮廓面形成淬硬层。 齿轮的加热区和淬硬区的形貌如图１所示。 这种方法已经获得了实际应用，但由于还存在 某些不足之处，所以迄今还未将其视作与化学热处 图１ 低淬透性钢齿轮感应淬火后的加热区和淬硬区形貌 Ｆｉｇ．１ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｈｅａｔｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎｅｄ ａｒｅａ ｏｆ ａ ｌｏｗ— ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ｇｅａｒ ａｆｔｅｒ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ 理同样重要的工艺，而对经过热处理的工件进行强 度性能和耐久性方面的研究。 首先，加热层深度仅限于齿冠及其下面的金属 收稿日期：２０１４．２５．２７ 作者简介：Ａ．Ｈ．ＭＨＸａｍＫ，男，白俄罗斯明斯克汽车厂科学技术博士。 ・３２。 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 ／ 垫 １ ２ 厂—— — ／ ．］＿＿＼ ８ ８ ８ 薹皿萎薹 萎 ！ ６０ Ｊ５０ ．Ｊ ｒ４０ ３０ 工 ２０ 外表面 内表叫 １一高频感应淬火；２一局部加热体积一表面淬火；３一穿透加热体积一表面淬火 １一ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ；２－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ；３－ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｅａｔｉｎｇ￣Ｈｏｗｅｄ ｂｙ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ 图３工件经不同工艺热处理后的硬度分布 Ｆｉｇ．３ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｎ ｐａｒｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 ・３３－ 采用上述新工艺町使零件获得３种强化区：最 低硬度为５７ ＨＲＣ的淬硬区，其显微组织为细小或 稍粗的针状马氏体；中间转变区，其显微组织为托氏 价格相差非常大，而后者被广泛用来制造重载零件， 如汽车制造业的传动齿轮等。 体一马氏体，托氏体或索氏体，硬度从５７ ＨＲＣ平缓 地降低至３２～３０ ＨＲＣ；通过快速冷却¨ｉｉ发生组织 转变的金属区，其显微组织为索氏体和片状珠光体， 硬度为３４～２６ ＨＲＣ。图４表示沿轮廓线淬火后获 得上述３种强化区的零件。 ３（】Ｃ仆ｄｎＳ ＣｒＮｉ３Ａ ２５ＣｒＭｔｌＴ１ ｒ２＿Ｎｉ４Ａ 图５ ６０低淬钢与几种化学热处理用钢的价格对比 Ｆｉｇ．５ Ｔｉｌｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｃｏｓ｜ｏｆ ６０ ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｌｅｅｌ ａｌｌｄ ＳＯｒｔｉｅ ｓｔｅｅｌｓ ｃｏｎｌｍｏｌｌｌｙ Ｕｓｃ￣ｄ ｉｎ ｅｈｅｍｉｃｏ—ｔｈｅｒｍａｌ ｌｌ’ｅａｔｉｎｇ 几Ｕ几与化学热处理相比，低淬透性钢仿形体积一表 淬火具有更好的节能效果，热处理周期Ⅱｒ从几十小 时缩短至数分钟，能耗口ｒ降低约９０％～９２％，不需 １一淬艘区；２ Ｕ区；３－ 体金属【×． 要天燃气、淬火油和耐热材料，现场无蒸气、烟雾、炭 黑等有害物质排放。 体积一表面淬火设备的成本仪是化学热处删没 备的１／１０～１／１２，因此设备的占地面积也缩小了好 几倍。 １一ｈａｒｄｅｎｅｄ Ｚ（ＷＩ￣；２一ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｚｏｎｅ；３－ｍａｔｒｉｘ 图４低淬透性钢零件经仿形体积一表面淬火后硬化区分布 Ｆｉｇ．４ ＨａＭｅｎｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ｐａｒｔ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｏｕｒ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｈａＭｅｎｉｎｇ 鉴于能使零件获得图４所示的硬化层分布，穿 透加热的体积一表面淬火Ｊ 艺呵用来替代制造业广 泛应用的化学热处理，首先是替代渗碳。与采用渗 碳等工艺相比，采用这种新工艺，不仅能使零件获得 １ 齿轮的均匀穿透感应加热工艺 实施仿形体积一表面淬火必须满足两个条件，【！Ｊ】 均匀地穿透感应加热和以不小于１０００ ／ｓ的速度 相同的性能，某些强度和使用性能指标甚至更高，因 此可以通过材料、工艺和设备这３个要素来获取可 均匀地淬火冷却。齿轮的形状比较复杂，采用传统 的方法，使齿轮在径向即从表面至心部达到温度均 匀化是难以保证的。已经进行ｌｒ几种电磁场埘沿 观的经济效益。 图５为２００９年，６０低淬钢与几种化学热处理 轮表面和截面的温度分布影响的研究 儿种齿轮岑 件的穿透感应加热示意【冬１如图６所示。 ２ 、、．——用钢的成本比较。由图５可见，低淬钢与含镍钢的 １ ２ ／ １ 、 ，——— 【＝ｊ 广 一／ 口 （ａ）纵阳小均匀ｌＪＪ【】热 （ｂ）纵问均匀加热 （ｃ）小埘硝：加热 （ａ）Ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｈｍｇｉｌｕ（１ｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｌｉｏｎ（Ｉ１）Ｕｎｉｆｏｒｍ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ （（’）Ｎｏｎ—ｓｙＩｎｍｅｔ［ ｉ‘’ａｌ ａｔｉｎｇ 图６齿轮在不同电磁场中感应加热的示意图 Ｆｉｇ．６ Ｓｅｈｅｍａｔｉｅ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ ｇｅａｒｓ ｂｅｉｎｇ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｅｄ ｉｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｌｅ（’ｌｒｏｍａｇｎｅｔｉ（’ｆｉｅｈｌ 圆柱形齿轮零件应在强度沿零件长度分布有差 异的纵向电磁场中进行穿透感应加热。这种工件如 ・果在强度均匀的电磁场中加热，则［｝｛于边缘效 的 影响，将在工件端部产生温度降，导致欠热 齿轮 ３４’ 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 这种类型的电磁场中加热、淬火后，轮齿的硬度不均 匀，截面不同部位的 微组织也不相同。图７（ａ）为 ５７ ＨＲＣ。图７中，具有托氏体、马氏体和铁索体混合 组织的体积表面淬硬层表面硬度为５１～５２ ＨＲＣ， 在表面以下１．５ ｉｌｉｍ深度处硬度为４９～５０ ＨＲＣ。 齿轮经体积一表面淬火后轮齿轮廓淬硬层的显微组 织，为细针状码氏体，表面硬度为６ｌ～５９ ＨＲＣ，在 表面以下１．０～１．５ ｍｉｌｌ深度处硬度为５８～ 为确保均匀加热，通过改变感应圈匝的宽度来重新 分配电磁场的强度。 图７一种主动齿轮在均匀的纵向磁场中加热和体积一表面淬火后距端部３０ ｕｍ处（ａ） 和５ ｍｍ处（ｂ）硬化层的显微组织 ×４００ ¨ｇ．７ Ｍｉｃｌ’（）ＳｔＦＵＣｔＨｒｃｓ ｏｆ ｃａｓｅ ａｔ ａ ｄｉｓｔａｎｃｅ（ａ）３０ Ｉｘｍ ａｎｄ（ｂ）５ ｎｌｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｏｎｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｇｅａｒ ｈｅａｔｅｄ ｉｎ ａｎ ｕｎｉｆｂｒｕｌ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｖｏｌｕｍｅ—ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｅｎｅｄ ×４００ 图８（ａ）表示嘲柱止齿轮采用多匝感应圈在非 均匀电磁场巾进行穿透感应加热， 网８（ｂ）为加热 结束后齿轮表 的温度分布，测温仪为固定式光学 高温计“Ｒａｙｔｅｋ” 沿齿轮截面的温度分布采用焊在齿沟、齿身和 内表面的镍铬 铝热电偶测定，加热的比功率是可 变的，为６～ｌ８ ｋＷ／ｋｇ。 （｜Ｉ）被ＪＪＩ１热的 往Ｉｌ 轮 （＇｜）Ｈｅａｔｅｄ ｃｙｌｉ ＪＨｌｉｆｅａｌ ＳｌＩＩｊ ｇｅａｌ （ｂ）齿轮表向的温度分布 （ｂ） ｒｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｓｕｒｆａｃｅ 图８ 圆柱正齿轮的穿透感应加热 ｝、ｉｇ．８ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｐｕｒ ｇｅａｒ ｂｅｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｅｄ 图９（ａ）为一种１｜轮传动机构的行足齿轮以１０ ｋＷ／ｋｇ的比功率感应加热时３个测量点的温度变 ４．４８￣Ｃ／ｓ、４．１３￣Ｃ／ｓ和３．８５￣Ｃ／ｓ。该５３３６—２４０５０２８ 传动齿轮齿沟与键槽套的间距比行星齿轮的大２．４ 化，齿身的加热速度为４．４ ／ｓ，齿沟为４．１３％／ｓ， 内表面为４．０８℃／ｓ 齿沟卜ｊ１人Ｊ表面的加热速度如 此接近，其原ｌ＿夫ｌ 于， 轮的俄面较薄，不 测 点 的加热速度ｒ，『＿通过热传导达刮均衡，此时 同测量 点的加热温差最大／ｆ 趟过３０～４０ 。 倍，因此二者表面的加热速度差异相当明娃。加热 过程巾不同测量点的温度差达９５ 。 以不同的比功率感应加热５３３６—２４０５０２８传动 齿轮时，所测定的加热温度列于表１。 用于加热零件的第２种电磁场为非埘称电磁 图９（ｂ）为传动齿轮以１０ ｋＷ／ｋｇ的比功率感应 加热时，ｌ＿』寸沟、 身和键槽套表 ３个测 点的温度 变化， 身、 沟和键槽套表面的加热速度分别为 场，如图１０所示。、Ｉ 已采用这种电磁场对复杂形状 的零件，如差动器十字接头、伞齿轮和差动器行星齿 轮进行了感应加热 这种加热方式的特点足，被加 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 ‘３５・ 热零件受电磁场作用的频率高，这取决于两个因素， 频率。在上述第二种电磁场中加热时，沿零件的表 面和截面的温差均为１５～２５ 。 （ｂ） １ １ ０００ ８００ ６００ 熄 即非对称感应器的』Ｌ何尺寸和感应器中零件的转动 （ａ） １０００ ８００ ６００ ２ ３ ＼ ／ ， ｆ ０ ５０ １００１５０２００ ｜ ．，／ ／ ． 赠 ４００ ２００ Ｏ ；４００ ２００ ０ ０ ５０ １００ １ ５０ ２００ ２５０ ３００ 加热时问／ｓ ）Ｊ［１￣，ｉｌＩｒ＇ｌ＇ａ］／Ｓ Ｉ一齿沟；２一齿身；３－内表面 １一ｔｏｏｔｈ ｄｉｔｃｈ；２－ｔｏｏｔｈ ｂ０【｛、；３－ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａ ｅ 图９后桥的（ａ）传动齿轮和（ｂ）行星齿轮感应加热过程中３个测量点的加热曲线 Ｆｉｇ．９ Ｈｅａｔｉｎｇ ｃｕｒｖｅｓ ａｔ ｔｈｒｅｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ（ａ）ｄｒｉｖｅ ｇｅａｒ ａｎｄ（ｂ）ｐｌａｎｅｔ ｇｅａ ｒ’ ｏｆ ａ ｒｅａｒ ａｘｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ 表１ 以不同的比功率感应加热某传动齿轮时齿身的温差 Ｔａｂｌｅ １ Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｏｏｔｈ ｂｏｄｙ ｏｆ ａ ｄｒｉｖｅ ｇｅａｒ ｄｕｒｉｎｇ ｂｅｉｎｇ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｅｄ ｂｙ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｗｅｒ 因此，对于不同类型的齿轮，在进行仿形体积一 表面淬火时，要确保能以±１５ ｏＣ的精度均匀穿透加 热，必须满足以下两个条件： （１）根据电磁场的类型正确选择感应器的类型， ２低淬透性钢零件体积一表面淬火时 的仿形均匀冷却 已经试验研究了低淬透性钢制汽车驱动桥芮轮 的强烈淬火冷却方法，这是两种表面冷却方法的复 合。其实质在于，对齿的外表面进行喷淋冷却， 形 要保证零件表面的温度均匀性能控制在±２０℃。 （２）选定的加热比功率不应超过实际加热比功 率６ ｋＷ／ｋｇ以上，相当于３～５℃／ｓ的加热速度，以 确保零件截面的最终温度梯度≤２０ ｑＣ。 状简单的内表面则在流动的淬火剂中冷却，其示意 图见图１１。如图１ １所示，将经穿透感应加热的零 件１置于淬火室内，对其外表面和两端面用喷淋器 ２进行强烈冷却。并对其Ｉ大Ｊ表面用高速流动的冷却 介质流３冷却。在该淬火冷却装置巾，淬火窄采用 了一种可分离的特殊结构的壁，以此来实施喷液冷 却和液流冷却。 从两个方面，即用专用淬火装置对成批零件进 行淬火试验以及建立数学模型，对淬火冷却规范进 行了进一步调试。 图１０ ６０１－１１－１低淬透・性钢制驱动桥差动器十字接头 在非平衡电磁场中穿透感应加热 Ｆｉｇ．１ ０ Ｃｒｏｓｓ ｊｏｉｎｔ ｏｆ’６０ＨＨ ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ａ ｄｒｉｖｅ ｂｒｉｄｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｂｅｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｅｄ ｉｎ ａ ｎｏｎ—ｅｑｕｉｌｉｌ）ｌ’ｉｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ・在成批零件淬火试验时，采用明斯克汽车厂同 收系统的工业用水冷却，水压１～５ ｋｇ／ｃ ，水温 ５～３０℃。水压过低不能保证被淬火面水流的连 续性。而要使水压达到５ ｋｇ／ｃｍ 以上，就须采用々 用的高压泵。水温变动范围是指可循环使用的供水 第５期 ３６。 《热处理》 ２０１４年第２９卷系统中淬火水的温度。最佳淬火冷却时间随循环水 的温度和压力的变化如图ｌ２所示。 马氏体，表面硬度均匀，为６０～６２ ＨＲＣ。同时，齿 的节圆直径的畸变量≤０．０２ ｍｍ，无淬火裂纹。齿 轮用传统工艺以不同的淬火温度和水压组合淬火 时，表面硬度为４５～６４ ＨＲＣ，有组织为托氏体的软 点（用低压热水淬火的结果）和淬火裂纹（用高压冷 水淬火的结果）。 为了确定最佳的冷却持续时间，借助于编程软 件“ＴｈｅｍｍＳｉｍ２”建立了６０ＨＨ低淬透性钢零件淬 火冷却过程的数学模型 。对差动器行星齿轮和 半轴齿轮进行了持续时间分别为１．０ ｓ、５．０ Ｓ和 ８．０ Ｓ的淬火冷却，计算了沿零件截面的温度分布， １．街轮；２．喷淋器；３．冷却介质流 Ｉ—ｇｅａｒ：２－ｓｐｒａｙｅｒ ３－ｑｕｅｎｃｈａｎｔ ｆｌｏｗ 其中淬火冷却１．０ Ｓ和５．０ Ｓ的零件沿其截面的温 度分布图像示于图ｌ３。 图１ １ 低淬透性钢齿轮复合仿形淬火冷却示意图 Ｆｉｇ．Ｉ１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｔ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｌｌｔｏｕｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ 图ｌ３表明，该６０１－ＩＩ７钢零件的冷却时间不应少 于５ Ｓ，因为很明显，在冷却５ Ｓ时，零件Ｉ大Ｊ部还存在 ｏｆ ｌｏｗ—ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ ｇｅａ ｒ ５Ｏ 温度很高的区域，中断冷却会导致零件自回火，从而 －—＿ 一，、 — ４０ ３０ 降低表面硬度。此外，该零件在冷却过程中，沿其截 面将产生很陡的温度梯度，其数值相应为冷却ｌ Ｓ 时的６２９℃至冷却５ Ｓ时的３５０ ｏＣ。这必将增大零 件的淬火畸变。 囊２０ １０ ＼ ’ 一，＿ ’ ｜ ２ ｒ、 ’＼ ０ 为此，提出并研究了用于汽车驱动桥低淬透性 １ ２，５ ３，４ ４，５ ６ ７．８ ＩＦ￣Ｉ＇ＨＩ／ｓ ｌ－水压Ｉ ｋｇ／ｃｍ ；２一水压２ ｋｓ，／， ｍ ；３一水压５ ｋｇ／，．１１１１ １．ｗａｌｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ １ ｋｇ／，－ｍ ；２一ｗａｔｅｒ’ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔ）ｆ ２ ｋｇ／ｃｍ ； ３－ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｔ ５ ｋｇ／ｃｍ２ 钢齿轮的复合强烈淬火工艺，可确保齿轮获得硬度 达６０～６２ ＨＲＣ的均匀的仿形硬化层。 ３低淬透性钢制汽车后桥齿轮的仿形 图１２最佳淬火冷却持续时间与循环水的温度 和压力的关系 Ｆｉｇ．１ ２ Ｔｉｌｅ ｏｐｔｉｎｌｌｌｌｎ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｄｕｌ’ａｔｉｏｎ ａｓ ａ ｆｕｎ（ ｌｉｏｎ ｏｔ’ｔｅｍｐｅｌ’ａｌｕｌ Ｐ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ １．ｅｃｉｒ（’ｕｌａｔｅｄ ｗａｔｅｌ’ 体积一表面淬火结果 对一批圆柱齿轮和锥齿轮进行了仿形体积一表 面淬火试验，并与经渗碳处理的２０ＣｒＮｉ３Ａ钢齿轮作 了截面硬化层分布的比较 。 淬火时水的流量为２０～３０ Ｌ／ｓ，这是根据用于 图１４为经化学热处理和仿形体积一表面淬火的 行星齿轮截面的宏观照片。图ｌ５为明斯克汽车厂汽 车后桥差动器直齿伞齿轮不同截面硬化层Ａ＇，Ｊｇｂ观。 该具体零件的淬火装置的喷孑Ｌ总面积通过计算得出 的。采用最佳的冷却规范淬火后，淬硬层的组织为 Ｊ（ｂ） ｊ １ ６０１＂１１－１低淬透性钢零件强烈冷却１．０ Ｓ（ａ）和５．０ Ｓ（ｂ）时其截面温度分布的模拟结果 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐａｔｔｅ ｒ’｜ｌＳ ｔｉｍ，Ｉ ｎｇｈｏｕｔ【－“）ｓｓ ｓｅｃｔｉｏｌｌ【ｌ｛ａ ６０１３１３ ｌｏｗ—ｈａｌ’ｄｅｎａ１）ｉｌｉｔｖ ｓｔｅｅｌ ｐａｌ’ｔ ｑｕｅｌｌ（‘ｈｅｄ ｆｏｌ’ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ’ｔｉｌＨｅ ｏｆ（ａ）１．０ ｓ ８１１（Ｉ（１））５．０ ｓ 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 图１４经渗碳处理的２０ＣｒＮｉ３Ａ钢（ａ）和经仿形体积一表面淬火的６ｏｎｎ钢（ｂ）圆柱直齿轮截面的宏观照片 Ｆｉｇ．１４ Ｍａｃｒｏｇｒａｐｈｓ。ｆ ｃｒ（）ｓｓ—ｓｅｃｔｉ。¨（）ｔ’（－ｙｌｉｎ（Ｉｒｉｃａ１ ｓｐＬＩｒ ｇｅａｒｓ（Ｊｆ（ １）２０ＣｒＮｉ３Ａ ｓｔｅｅＩ ｓｕＩｔｉｔ （ 【ｅｌ１ ｌ。《 ａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ａｆ１（Ｉ ｆ ｂ）６０ＨＨ ｓｔ￣ ｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅ￣ｌ ｔｏ ｃｏｎｔｏｕｒ ＶＯ１ＬＩＩＩ１ｅ—ＳＩＩｌ￣ｇｌ（！ｅ ｉ［１ｄ／ｍｔｉｏｎ ｈａｌ’（ ｎｉｎｇ （ＩＩ）．（ｂ），（ｃ）经渗碳的２０（５Ｎ１３Ａ钢；（ｄ），（ｒ），（ｆ］经怵积一表 淬火的６０ｒｉｌｌ钢； （ ），（ｃ１）齿扁【｝１邪攒敝 ；（ｂ），（ｅ）齿顶纵溅【１＿Ｉｆ；（ｔ’），（ｆ）穿过 沟的纵他ｍｉ （ｄ），（ｈ），（ｃ）２０ＣｒＮｉ３Ａ ｓｔ １（ ａｒＩ１ｕｒｉｚｅ【】；（‘ｔ），（Ｉ｜），（ｆ）６０１１１３ ｓｒｅｅｌ Ｖｔ，］ｔｌｌｌｉｅ－ｓＬｌｒｔａ ｈａｒｄｅｎｅｄ （ｎ），（（１）（ ｒｎｓｓ ｓＰ（ ｔｉＩ】『】ｉｌｌ ｌｔ１Ｐ ｌ１１ｉｄｄｌｅ ｏｆ Ｉｅｅｉｌ１ ｈｅｉｇｈｔ；（１１）．（ｅ）ｌｏｎｇｉｌｕｄｉｎａｌ ｓ ‘、ｌｉ（Ｉｌ１‘ｌＩ“ ｅｌｌ＇，ｔｏｐ；（‘），（ｆ）ｈｎｌｇｉｌｕ‘Ｉｉｎａｌ ｓ ｃｉｉｌ＇Ｉ ｌｌｈＨ’ＩＩｇｈ‘ 。ｈ Ｉｉ ‘’ｈ 图１ ５ 差动器行星齿轮的硬化层形貌 ｇ．１ ５ Ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｈａｒｄｅｎｅｄ（＇ｒｉＳｅ Ｏｆ ａ ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｌａｎｅｌ ｇｅａｌ’ 研究结果证明，仿彤强烈淬火能确保形状复杂 的６０ＨＨ钢零件的所有表面均匀地达到５８～ ６４ ＨＲＣ的硬度。经仿形体积一表丽淬火的６０ＨＦＩ钢 齿轮，所有表面的硬化层深度均比经化学热处理的 ２０ＣｒＮｉ３Ａ钢齿轮深１～１．５倍。研究工作足用一种 传动装置的行星齿轮进行的。６０ＨＨ钢行星齿轮经 体积～表面淬火并于１８０ ｏＣ回火后，测定相隔１２０。 角的３个轮齿及 轮端面的硬度，其示意 如图１６ 所示，测定结果列于表２、、 此外，还测定了圆柱和圆锥齿轮不Ⅲ截面的硬 度分布。图１７为行星齿轮的齿面硬度及不同截面 的硬度分布。 ．图１６经体积一表面淬火的６０１３１３钢行星齿轮 ５５５１．２４０５２３５的硬度测定部位 Ｆｉ ．１６ Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ『ｌ１Ｐａｓｕｒｉｎｇ ｈａｌ ｄｎｅｓｓ ｌｌＩ１ ６０ＨＨ ｓＩｔ、ｒ ｐｌａｎｅｌ ｇｅａｒ ５５５ １—２４０５２３５ Ｖ【）Ｉｕｍｅ—ｓ川ｆａ（ ｅ｝］ａｒｄ ｝】ｄ ３８． 《热处理》 ２０１４年第２９卷第５期 表２经体积～表面淬火的６０ＦＩＦＩ钢行星齿轮 ５５５１—２４０５２３５的硬度／ＨＲＣ Ｔａｂｌｅ ２ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ６０１－１１－１ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｎｅｔ ｇｅａｒ ５５５１・・２４０５２３５ ｖｏｌｕｍｅ・ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｅｎｅｄ 淬火的６０ＨＨ钢直齿锥齿轮表面硬度与经渗碳处理 的２０ＣｒＮｉ３Ａ钢直齿锥齿轮相当甚至更高些，前者硬 化层深度为２～４ ｍｍ，是后者的１．５～２．０倍，而心 部硬度则比后者低２～６ ＨＲＣ。 ８∞ 枷 ／ ／ 、 ／ － 垂枷 瞎 ２ｏｏ ０ Ｘ ｌ Ｉ ＼ ３ ｒ’ ３ ． 、 ５ ｔ０ ｔ５ 与表面的距￣／ｎｎｎ １—１齿顶至内经；２—２齿沟表面至内经； ３－３距齿沟２／３齿高处的轮齿两侧面 １—１ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｔｏｐ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ；２－２ ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｄｉｔｃｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ；３－３ ｔｗｏ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｅｅｔｈ ａｔ ａ ｄｉｓｔａｎｃｅ ２／３ ｔｅｅｔｈ 图１７表明，硬化层深度是随着冷却条件而变化 的，但所有测定截面的表面硬度均＞６０ ＨＲＣ。 为了进行对比，也研究了锥齿轮不同截面的硬 度分布，见图１８。研究结果表明，经仿形体积一表面 ｈｅｉｇｈｔ ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｄｉｔｃｈ 图１７行星齿轮５３３６—２４０５０３５不同截面的硬度分布 Ｆｉｇ．１７ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｒｏｓｓ．ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｅｔ ｇｅａｒ ５５５１—２４０５２３５ ∞ 墓：： ３０ ２０ Ｏ＇２ ３ ４ ５ ６ ７ ８● 鲞至６０ 一 ∞ ０＇ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ｇ ３０ Ｏ ｆ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 与表面的距离，瑚ｍ （ａ）齿顶至内径 ’ 从齿沟至内径的距离 ｍ （ｂ）齿沟表面至内径 与齿面的距离 Ｉｎ （ｅ）距齿顶２／３齿高处的轮齿侧面 （ａ）Ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｔｏｐ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ（ｂ）Ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｄｉｔｃｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｉｎｓｉｄｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ（ｅ）Ｔｗｏ ｓｉｄｅｓ ｏｆｔｅｅｔｈ ａｔ ａ ｄｉｓｔａｎｃｅ ２／３ ｔｅｅｔｈ ｈｅｉｇｈｔ ｆｒｏｍ ｔｅｅｔｈ ｔｏｐ 图１８直齿锥齿轮不同截面的硬度分布 Ｆｉｇ．１ ８ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｃｏｎｅ ｓｐｕｒ ｇｅａｒ ３ａＫａ３ＩＫＨ． ＭａＴｅｐａａｎ￣ｉ Ｍｅ＞ＫＡｙＨａｐｏＡＨｏｆＩ ＨａｙｑＨＯ—ＴｅＸＨＨｑｅｃＫｏ￣ ４ 结论 研发了低淬透性钢齿轮的仿形体积一表面感应 淬火新方法。其工艺参数为：加热的比功率 ≤ １０ ｋＷ／ｋｇ，加热速度４～８％／ｓ，零件截面的最终 温度梯度≤２０℃，通过调节淬火剂流量以１０００℃／ ｘｏｎｑｂｅｐｅｎｕｎｒ￣“Ｔｅｏｐｎｎ Ｈ ＨｐａＫＴＨＫａ ３Ｈｅｐｒｏｃ６ｅｐｅｒａｍｍｒ￣ｘ ＴｅｐＭＨｑＨＣｅＨｘ ｎｐｏＪ２ｅｃｃｏＢ Ｂ ＭａＩＨＨＨＯＣＴｐＯｅＨＨＨ”／／［Ｃ］ＭＨＨＣＫ， ＨＯｎ６ｐａ ２００８． ［３］Ｆ￣ＨＨＯＢＨｑ Ｂ Ａ，ＰａＫＯＯＭＣＨＨ Ａ ｎ，￣ｙｐｑｅｎｘｏ ＩＩ Ｃ，Ｈ．印． ＩＩａＴｅＨＴ ＰＢ Ｎｏ２３７４ Ｈａ ｎｏｎｅ３ＨｙＩＯ ＭｏⅡｅⅡｂ “ＹＣＴｐＯＩ￣ＩＣＴＢＯ且几Ⅱ ｙｎｐａＢｎｆｌｅＭｏ￣ ３ａＫａＪＩＫＭ ⅡｅＴａⅡｅ Ｈ３ ｃＴａｎｅ￣ ⅡｏＨＭ）ＫｅＨＨｏ Ｓ的速度和±０．１ Ｓ的精度冷却后，齿轮所有表面的 硬度均可达到５８～６３ ＨＲＣ。 ＩＩｐＯＫａＪＩＭＢａｅＭＯＣＴＨ”［Ｐ］． ［４］ＰａＫＯＯＭＣＨＨ Ａ ｎ，ＦａｙｍＴｅ￣ａ Ｈ Ｃ，ＦｙｐｑｅＨＫ０ ＦＩ Ｃ，Ｈ．Ⅱｐ． Ｃｎｏｃｏ６ ｙ￣ｐａＢｎｎｅＭｏｒｏ ３ａＫａ３ＯｑＨＯｒＯ ｏｘｎａｘ￣ｅＨｎｎ ＣＴ３ＩＩｂＨｂＩＸ 参考文献 ［１］Ｌ［［ｅｎｅｎｇＫＯＢＣＫＨｆｉ Ｋ ３． ＹｎｐｏｑＨｅＨｎｅ ＲｅＴａｎｅ￣ ＭａｌＬＩＨＨ Ｈ３ⅡｅⅡＨｎ［Ｐ］．ＦＩａＴｅＨＴ ＰＢ Ｎｏ７１８４． ［５］ＭＨｘｍｏｅ Ａ Ｍ．１－［ｅｐｃｌＩｅＫＴＨＢｂＩ ＨｐＨＭｅＨｅＨＨＨ ｃＴａｎｅ￣ＨＯＨＨ￣ＫｅＨＨＯｆｆＩ ＨｐｏＫａ３ＭＢａｅＭＯＣＴＨⅡⅡⅡＨ３ＴＯＴＯＢＨｅＨＨＨ ＫｅＴａｎｅ￣ａＢＴＯＭＯ６Ｈ￣ＩｅｆｆＩ ＨｏＢｅｐＸＨＯＣＨＯ￣３ａＫａⅡＫ０ ｎｐｒｔ ＨＨⅡｙＫｕＨ０ＨＨｏＭ ＨａｒｐｅＢｅ［Ｍ］． Ｍ： ＭａＵｌＨＨＯＣＴｐＯｅＨＨｅ，１９７２． ＭＡ３［Ｊ］．ＢｅＣＴＨ ＨＡＨＢ，Ｃｅｐｎａ ２００８（２）：６５—７２． ｅｃＫ￣ｏ－ＩａＶＫ ［２］￣ｅＭ３ＨＫＯＢ Ａ Ｂ，ＨＢａＨＯＢ皿ｒ．ＨｐｏｒｐａＭＨｂｆｆｌ ＫＯＭＩＵＩｅＫＣ “ＴＥＲＭＯＳＩＭ２”ⅡⅡＨ ＭｏⅡｅⅡＨｐ０ＢａＨＨ丑ⅡｐｏＩＩｅｃｃｏＢＨＨⅡ）ｒＩｃｕＨ０ＨＨｏ 注：本文由中国一拖集团公司资深翻译张家雄先生翻译，由本刊 编辑部校对。 《热处理》 ２０１４ 年第２９卷第５期 ・３９・
