许伟 李瑞凯 方锐
齐齐哈尔和平重工集团有限公司热表处理分厂 黑龙江 齐齐哈尔161000
摘要：文章先分析了齿轮热处理变形的主要原因，包括原材料、齿轮设计和淬火处理问题，随后提出了齿轮热处理变形的控制措施，包括合理选择齿轮材料、科学设计齿轮、优选热处理工艺，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：齿轮；热处理；变形原因；控制方法
引言：齿轮属于机械传动中的核心部件，也是十分重要的受力部件，因为各种因素影响，导致齿轮强度降低、韧性差和耐久性差，为此针对相关热处理工艺提出了更高的技术要求，为此需要深入分析齿轮热处理变形具体原因，同时形成有效的控制方法，进一步提升齿轮运行质量。
一、齿轮热处理变形主要原因
（一）原材料
原材料是导致热处理变形问题的主要原因，为此在熔炼过程中应该确保齿轮材料一致性，特别是进入对称凝固环节后，需要对齿轮组成成分进行合理控制，不然容易导致在针对齿轮实施热处理过程中容易产生变形问题。而齿轮材料淬透性同样会影响热处理变形，选择具有较高淬透性的材料，则齿轮收缩性增强，重复性更加突出，借助该种特性能够有效预防齿轮热处理中由于内控膨胀所形成的变形隐患。但选择具有较高淬透性材料在针对齿轮实施淬火处理中容易产生不圆度扩大的问题。
（二）齿轮设计
齿轮设计能够直接影响齿轮几何形状，至于形状不同齿轮在实施热处理中，由于内应力分布存在较大差异，所以齿轮的设计制造同时也是影响齿轮变形主要原因。需要相关设计人员能够在针对齿轮进行设计处理中，率先评估热处理条件下热处理变形状况，经过综合评估后继续进行设计活动。而相关实践证明，针对齿轮进行加工制造过程中，在对齿轮进行精切前，需要率先去除应力，进一步缩减齿轮热处理变形问题，但该种方法在处理中需要投入大量经济成本，为此需要技术人员积极探索更为有效的热处理变形处理对策[1]。
（三）淬火处理
淬火冷却阶段是导致齿轮产生热处理变形的主要因素，在该环节内，因为齿轮受热不均，如果没有对加热速度进行合理控制，便会导致齿轮产生变形问题。除此之外，加热介质以及加热温度整体受热不均同样会使齿轮产生热处理变形问题。对加热温度进行合理控制后，齿轮处于热处理环节内，因为内外温度高于相变点。该种条件下，假如淬火冷却受热不均便会直接导致齿轮变形。加热淬火冷却速度较快，便会增加齿轮内外温差，产生变形现象。
二、齿轮热处理变形控制措施
（一）合理选择齿轮材料
因为原材料淬透性会对齿轮热处理变形产生直接影响，所以需要对齿轮材质进行合理选择，而钢材通常拥有较高的淬透性，但因为钢材的材质不同，也存在一定的淬透性差异，淬透性差异则会直接影响齿轮变形量。为了进一步控制齿轮变形问题，应该尽量选择具有较高淬透性材质，确保不同材质齿轮能够保持一致淬透性。比如当下国内应用较为频繁的20CrMnTi钢通常是制作齿轮的主要材料来源，但该种材料对应晶粒差异大概是四级左右，存在晶粒不匀等特征，针对齿轮实施热处理环节中，容易产生不均匀变形现象。为此实施热处理前，需要对材质信性能特征进行综合考虑。因为淬火工艺对于齿轮材质具有较高的含金量要求，在控制齿轮热处理变形条件下，还需要综合考虑各种经济成本影响，选择适合的淬火处理设备工艺[2]。
（二）科学设计齿轮
技术人员针对齿轮实施设计过程中，应该进一步保证齿轮性能符合具体应用需求，同时考虑到齿轮处于热处理变形环节内容易产生的各种变形问题，联系实际状况和应用要求对齿轮结构进行合理设计。设计人员针对齿轮结构，需要全面按照形状直接简单、工件分布均匀等基础原则进行设计，保证齿轮表层维持良好平整度，进一步缩减齿轮淬火冷却中形成的受热不均和受力不均等问题，预防后期变形问题。为了对齿轮相关热处理变形波动范围和减少变形问题进行合理控制，需要将管理重点放到热处理工序方面，选择适合统计工具管理热处理工序质量，选择适合统计工具准确科学分析不同工序中的变形测量结果，并针对不同工序合理设计控制图，分析其中未达标产品实施质量控制原因，合理设计因果图和策略方案。经过统计分析，及时发现变形量相关联系最为密切的元素。对比分析产品以及不同时间段内数据结果，明确改进部分，制定控制淬火变形目标和控制方案。处于机械加工过程中，选择齿轮公法线尺寸为代表的质量控制目标，将产品技术要求当成核心依据，结合控制图可以了解到加工中对应加工误差变化规律和工序能力稳定性。
（三）优选热处理工艺
针对齿轮实施热处理中，需要借助合理介质针对齿轮实施冷却处理，具体方法便是控制介质温度，所以需要联系齿轮材质选择淬火介质。如果选择淬火油充当淬火介质，则需要添加适量添加剂提高齿轮硬度，保证齿轮质量。但热处理中经常出现油温不均现象，产生齿轮变形问题，为此需要制造人员对淬火冷却设备进行合理控制，提高齿轮淬火冷却受热均匀性。为了控制锻造应力对于齿轮热处理中的不良影响，可以在结束齿轮锻造工作后实施预热处理，通过实施预热处理，还能够有效改善因为应力分布变化所形成的齿轮变形问题。而齿轮结束锻造后容易产生各种不良组织，使得热处理中产生受热不匀现象，实施预热处理，还能够帮助齿轮材料改变自身带状组织，降低变形几率。模压淬火，为了控制齿轮热处理方面的变形程度，实施模压淬火。除了需要对淬火介质进行合理选择外，搅拌介质运行速度同样会影响齿轮热处理，为此需要全面控制搅拌速度，提高齿轮淬火冷却均匀性，控制变形几率。
齿轮锻造环节因为质量不稳容易产生组织不平衡和组织失稳问题，导致形成较大的硬度偏差，不不但会加大机械加工处理难度，缩减加工精度，扩大加工成本，还无法有效控制热处理变形问题。开始下料前，需要对胚料晶粒度和材料质量进行全面检验，测定材料中夹杂物质以及钢材料化学成分。随着材料差异，所形成的变形程度也各不相同。即便选择同样的材料，因为炉号不同，材料淬透性和含碳量也会产生较大变化，所形成的变形程度也各不相同，至于带状组织较为严重和组织粗大等问题会进一步扩大变形程度。在齿轮锻造中普遍选择正火处理技术，通过形成均匀细小的正火组织能够帮助提升淬火质量。正火组织冷却方式、正火硬度、晶粒度和组织均匀性所产生的硬度超差同样会影响渗碳淬火变形问题，为此需要形成相对完善的工艺纪律。因为热处理工序环节容易产生较大变形量，而工件奥氏体化程度会影响淬火加热工艺状态，和冷却条件、炉温均匀性、装炉方案以及原始淬火组织具有密切联系。原始组织拥有良好冷却条件、维持均匀炉温、均匀装料、组织细小均匀，能够有效缩减淬火状态中的组织应力和热应力，控制淬火变形。
结语：综上所述，对于齿轮部件实施热处理过程中，针对所形成的变形问题，需要深入分析，全面掌握导致出现热处理变形问题的主要原因，同时对整个热处理过程进行合理控制，提升齿轮运行质量，优化企业竞争力，有效改善齿轮的热处理变形问题，提升加工质量。
参考文献：
[1]王达鹏,郭成龙.低压真空渗碳技术在轴齿热处理中的应用与变形控制[J].汽车工艺与材料,2021(03):25-33.
[2]彭安华,王天宇.基于信噪比与相对关联度的齿轮热处理工艺参数优化[J].热加工工艺,2020,49(14):119-123.