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论热处理技术在汽车变速器领域的运用论文

作者:论文发表网 更新时间:2018-01-30 10:37:14
19.1K 当前汽车齿轮生产以渗碳(碳氮共渗)为主。虽早期渗碳采用液氰化对环境有一定污染,但效果不错,现今开发出了无毒气体渗碳(碳氮共渗)工艺来取代。因连续气体渗碳炉生产效率高,能耗低,产品品质稳定,许多企业纷纷将井式炉淘汰,改用连续炉或密封箱式炉生产。因使用全智能化生产模式,大大降低了人工所产生的失误率。 1990 年一汽通过试验,采用 500 ℃预氧化工艺,成功解决了连续式渗碳炉中存在的渗碳不均问题,提高了渗碳层均匀性,提高了齿轮韧性,降低了淬炼时形变的可能性。气态渗碳工艺与连续炉、密封箱式炉被引进后,操作空间大,使加热、保温、冷却过程过渡更平滑,变速器齿轮品质改进,使性能上有所改善。减噪方面也有进步,有效提高齿轮运作效率,减弱噪音异响。变速器齿轮预先热处理工艺的成功运用,为 20CrMnTi (一种渗碳常用齿轮材料)变速器齿轮变形和降噪做出很大贡献。为预防淬透性较高的钢产生贝氏体组织,采用等温正火工艺进行预先热处理,当等温温度保持在 560~650 ℃范围内,才能大批量生产。通过预先热处理,齿坯有了一定硬度(160~180 HB)和十分均匀的组织。这项技术能有效减少齿轮渗碳淬火变形,以降低车辆运行时所产生的噪音。且工艺设备简单,耗能少,所以该技术应用推广较广泛。 20CrMnTi 变速器表面的硬化技术,一般采用渗碳工艺。而渗碳工艺主要就是气体渗碳,如今已可用计算机来控制表面硬度和渗碳深度了,此项应用能让产品达到最佳渗碳层深度和最小变形。随着渗碳工艺技术的发展,齿轮加工过程中产生畸变的概率越来越小,企业的生产成本大幅度降低,齿轮的使用寿命得到进一步加强。 1.2 渗氮(氮碳共渗)应用变速器齿轮齿根强度极为重要,无论是短时寿命,或疲劳极限的高低,都是对材料的重要评价指标。试验结果表明,渗氮齿轮齿根强度可与渗碳淬火齿轮相媲美。齿根疲劳强度极限有希望突破σH 500 MPa。在进行渗氮齿轮齿面过载能力试验中,小齿轮循环次数超过 5×107 时齿面情况完好。小齿轮在σH 2545 MPa 下运转 2.6×107 转后齿面情况是绝大部分齿面光亮如镜。可看出,其在如此高接触应力上,依然有上述运转寿命,已超出人们预料。随热处理技术发展,为保证氮碳共渗品质,通过使用监测渗氮效果的传感器,以保证渗氮品质稳定和生产自动化。同时,渗氮(氮碳共渗)也涌现出众多新工艺:稀土氮碳共渗,合金化氮化,加压氮碳共渗等,这将有助于渗氮(氮碳共渗)应用范围扩大。以日本为例,氮碳共渗占了化学热处理市场总量 30 %。可预见,渗氮(氮碳共渗)技术将越来越受重视,并在汽车变速器零件生产中得到更广泛应用。 2 热处理优化分析某 20CrMnTi 齿轮轴所制定的加工工艺路线:锻造→正火→机加工→碳氮共渗→淬火→回火→精磨→喷丸。毛坯料在锻造后需调整组织状态才适合于机加工,有 3 种常规预备热处理方法均能满足组织性能要求:方案 1 退火、方案 2 调制、方案 3 正火。其中方案 2 需回火,时间长、耗能多,所以这里不采用调制作为机加工前预备热处理。方案 1 与 3 在耗能方面没有差别,但方案 1 需工件随炉冷却,生产周期长,不采用。所以采用的是正火作为机加工前的预备热处理。 20CrMnTi 本身性能还不足以满足该齿轮轴全部性能,需进行化学热处理提高表层组织性能。满足性能要求可行方案有:方案 1 渗碳、方案 2 渗氮、方案 3 氮碳共渗、方案 4 碳氮共渗。其中方案 2 与 3 其所得表层组织高硬高耐磨,但耐冲击性能差,而该齿轮轴在使用中可能会遭遇一定冲击载荷,氮化层受冲击后可能会出现小块剥落,造成齿轮轴与齿轮磨粒磨损,对长期使用寿命不利,故方案 2 与 3 不采用。方案 1 与 4 的层深均能较好满足高疲劳强度和高耐磨性能,但方案 1 渗碳温度较高,淬火时需预冷,操作较繁琐,而不预冷直接淬火会产生较大变形,对零件精度不利。方案 4 碳氮共渗温度较低,可直接淬火,操作简单,变形量小,且效率不低,因此化学热处理步骤采用碳氮共渗。因 20CrMnTi 本身晶粒长大倾向小,碳氮共渗温度不高,所以可直接淬火回火。正火:20CrMnTi 正火温度 Ac3 以上 30~50℃,20CrMnTi 的 Ac3 温度为 825℃,使用箱式电阻炉,故加热温度取上限温度 875℃。保温时间由 t=αKD 计算,α由于最大直径小于 50mm,故α取 1.4,即修正系数 K 取 1.3,考虑到装炉量后计算得保温时间 t 为 1.5h,冷却方式:出炉空冷,获得组织:索氏体,设备 RX3-15-9,额定温度 950℃,功率 15KW。碳氮共渗与淬火回火:采用煤油与氨气作共渗介质, 20CrMn-Ti 共渗温度一般为 860~880℃,故取 870℃作共渗温度,有资料指出最终渗层厚度在 0.5~0.9mm 时渗速在 0.2mm/h, 渗层深度按要求为 x=0.8mm,则计算所得共渗时间为:4h,共渗设备:RQ3-35-9,额定温度 950℃,功率 35kw。共渗完成后直接出炉油淬,为获得所需性能,淬火后需进行 200℃回火 2h,回火设备:RJ2-36-6,额定温度 650℃,功率 36kw。其中碳氮共渗时氨气所占比例应控制在 40%,氨气供量 0.1m3/h,煤油滴量为 35 滴/min。 论热处理技术在汽车变速器领域的运用论文
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