随着硬齿面齿轮传动的发展及其应用领域的拓展，对齿轮材料的性能以及所采取的热处理工艺技术的要求越来越高。为了保证齿轮的正常工作,齿轮需要具备以下主要性能要求:

1）具有足够的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度;

2)齿面应具有较高的硬度和耐磨性可以防止胶合磨损和磨粒磨损;

3)齿轮的心部应具有足够的韧性和强度以提高承载能力

4)齿轮材料较好的切削加工性及真空热处理工艺性能等。

17Cr₂Ni₂Mo、18Cr₂Ni₄W、20CrMnTi是齿轮生产中常用的材料。

三种材料真空热处理工艺特性探讨

1)17Cr₂Ni₂Mo材料。17Cr₂Ni₂Mo钢由于Cr、Ni、Mo含量较高,所以毛坯试件的工艺采用正火+高温真空回火。另外Cr、Ni合金元素与碳的亲和能力较强,真空渗碳速度较快，渗碳层中易造成碳浓度过高形成大块状、网状碳化物,所以在渗碳时采用二段渗碳工艺，强渗期相应缩短,扩散期时间为强渗时间的2倍,并且扩散温度比渗碳温度提高20℃,增强了碳的扩散能力。17CrzNizMo钢由于Cr、Ni元素和碳形成合金碳化物,真空渗碳后经过高温真空回火,合金碳化物弥散分布于基体上，所以采用不完全淬火+低温回火方式,淬火后得到的组织为隐晶马氏体和分布均匀的球状碳化物,有利于发挥材料高强度、高硬度、高耐磨性、韧性好的特性。

按照齿轮的性能和技术要求，齿轮的生产工艺流程为:锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→齿型加工→真空渗碳，高温回火→(半精加工)→淬火低温回火→磨齿。其中锻后正火以及粗加工后的调质为预先热处理。锻后正火可以消除锻造过程产生的应力。调质处理则可使钢在渗碳前获得良好的金相组织,提高齿轮性能,以减小渗碳淬火过程中的齿轮变形程度。

2)18Cr₂Ni₄W材料。齿轮的生产工艺流程为:锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→齿型加工→真空渗碳,高温回火→(半精加工)→真空淬火,低温回火→磨齿。18Cr₂Ni₄W钢中的Cr、Ni等合金元素含量较高，在冶炼过程中容易形成带状组织和偏析，所以要求较高的锻造比。反复锻打后的终锻温度通常要大于850℃。由于该钢种的淬透性较好,锻后在空冷条件下就可以形成马氏体组织，产生组织应力有可能会导致工件开裂,所以为避免开裂,在实际的操作中可以利用锻造后的余热对工件进行高温回火，使组织转变,降低应力。

真空渗碳淬火过程对齿轮来说，是最关键的一项技术。在设备已定的情况下，涉及的是选择合适的渗剂、温度、时间等参数,合理地制定工艺。采用井式渗碳炉时,一般采用分段控制法渗碳,以煤油作为渗碳介质,整个渗碳过程分为排气﹑强渗期、扩散及降温4个阶段,用920℃真空渗碳,650℃真空回火,再加热至780℃真空淬火。对于设备和齿轮材质而言，在一定范围内提高渗碳温度和碳势,可以加快真空渗碳的速度。但真空淬火温度不宜过高，否则会引起较大的变形。真空渗碳后采用两段缓冷再出炉空冷,可以减少工件冷却时内外温差,从而减小变形。最后的金相检查结果显示,采用该工艺后渗层的马氏体组织细小,有少量的碳化物和残留奥氏体。

3)20CrMnTi零件进行真空渗碳处理后表面碳含量增高、为过共析成分,但心部的碳含量并未改变,仍为亚共析成分。由于碳含量不同,工件表面和心部对淬火温度的要求也不同，按表面成分选择的理想淬火温度低于按心部成分所选择的理想淬火温度。预冷淬火时，随着选择的淬火温度自渗碳温度(930℃左右)逐步降低，就越接近于表面成分的理想淬火温度，在一定范围内淬火温度的降低对表面硬度的提高是有利的;而对心部组织性能的影响却复杂的多,可能会降低心部的强度。研究淬火温度对20CrMnTi钢表面和心部组织性能的影响规律，为正确确定该钢种渗碳后的淬火温度，使齿轮表面和心部获得最佳的性能组合，这对工艺的制定和产品的生产有十分重要的指导意义。

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