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齿轮淬火冷却技术

Tags: 齿轮淬火冷却    发布时间: 2012-02-01

减速机齿轮淬火冷却大多是在液体介质中进行的,如齿轮淬火用的通常是淬火油、水溶性淬火介质和自来水。因此,下面将首先分析齿轮淬火冷却可能出现的上述质量问题与所用淬火介质的特性和用法的关系,并指出解决不同问题所需淬火液的冷却速度分布特点。随后简单介绍常用淬火介质的冷却速度分布特点和选用时的注意事项。

齿轮用淬火介质的选择

当前用于齿轮淬火的介质主要是各种淬火油、水溶性淬火介质和普通自来水。以下分别讨论这些介质在齿轮淬火中的选用方法和注意事项。蜗杆减速机

1.水溶性淬火介质

引起钢件淬裂的主要原因是在钢开始发生马氏体转变(Ms点)及在以下的温度范围冷却得过快。由于这样的原因,研究开发水溶性淬火介质的第一目标就是降低水的低温冷却速度。考虑到多数结构钢的Ms点在300℃附近,通常就以工件冷却到300℃时水溶性淬火液的冷却速度来表示该淬火液的冷却特性。可以用水溶性淬火介质的300℃冷却速度来对该介质定级,以便热处理工作者选用。

水溶性淬火介质有很多品种,其中PAG类介质冷却特性可调,浓度测控容易。它既适用于整体淬火,也适用于各类感应加热淬火,且能长期稳定地使用,因而受到普遍欢迎,成为当前国内外热处理界使用得最广泛的水溶性淬火介质。

2.专用淬火油

专用淬火油一般分为普通淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油(也简称热油)、真空淬火油以及光亮淬火油等。和普通机油相比,专用淬火油的热稳定性都较好,能更好地保证工件的淬火质量。当然,专用淬火油优于普通机油的最重要方面还是它们的冷却特性。和普通机油相比,不同的专用淬火油在冷却速度分布上都有蒸汽膜阶段短的特点,因而使工件在高温阶段能冷却得更快。其中,快速淬火油的最高冷却速度都比较高,中低温阶段的冷却速度快慢则因淬火油的不同而有较大差别。热油在冷却特性上的特点是蒸汽膜阶段更短,而在工件淬火冷却的低温阶段冷却较慢。

3.普通机械油

工厂热处理生产中使用得最多的普通机械油是N32机油(原20号机油)和N15机油(原10号机油)。作为淬火介质,这类机油的特性是,在工件高温阶段蒸汽膜时间较长,淬火冷却速度不高,且低温冷却较慢。

油的蒸汽膜阶段长,工件高温阶段的冷却慢,可能出现的问题是低碳钢制的工件容易发生先共析铁素体转变,而形状复杂的工件,比如带花键孔的齿轮等又特别容易变形。在中、低温阶段冷却慢,使比较大的工件不易淬硬或淬硬层深度不足并因此发生淬火变形。

4.自来水

一些含碳量低、淬透性差且形状简单齿轮的调质淬火和感应加热淬火,往往可以用自来水。作为淬火介质,自来水的冷却特性是,工件处于高温阶段时冷得很快,而到了工件处于低温阶段时冷却得也很快。冷却速度快可以使淬透性差和比较厚大的工件淬硬,并获得较深的淬硬层。这是自来水的优点。但是,用自来水淬火有3个大缺点,第一是低温冷却太快,使多数钢种和工件容易发生淬裂。第二是工件高温阶段冷却太快,比较细长与较薄的工件容易因为入水方式不当而发生淬火变形。第三,也是不少人容易忽视的缺点,是随着水温升高,淬火冷却的蒸汽膜阶段会逐渐增长,且工件处于中低温阶段时的冷却速度也逐渐降低。由于这种原因,当要淬火的工件比较小,又采取装在筐中等较密集的堆放方式入水淬火时,堆在外面的工件接触的水温低,而堆放在内部的工件接触的水温高,从而外部的工件经受的冷却快,淬火后硬度高,并容易淬裂,堆放在内部的工件经受的冷却慢,淬火后硬度低。

选用自来水作为淬火液时,应当扬长避短,设法控制好水的温度。采取堆放方式淬火时,要设法使工件堆放得疏松一些,并通过搅动促使淬火液通畅地从工件之间流过,以减小内外部水的温差。

应该说,任何淬火油都有适合它的工件。但是除少数情况外,每台热处理炉都希望能处理比较多的钢种和比较多样的工件,因此,多倾向于选用适应范围更广的淬火油。一般,淬火油的蒸汽膜阶段短,中温阶段冷却得快,低温冷却速度大,这种油的冷却能力就很强,它的适用范围就很广。不少油淬工件的变形是与它的淬火硬度不足和硬化深度不够同时出现的。而改用这种适应范围广的淬火油,往往能同时解决工件的变形、硬度不足和硬化深度不够等问题。淬火油的蒸汽膜阶段短,也就是油的高温阶段冷却得快。这一特点有利于防止先共析铁素体的析出,也有利于防止带内花键齿轮的变形。简单地说,淬火油总的冷却速度高,有利于获得较深的淬火硬化层。但从冷却速度分布上分析,除中、高温阶段要求冷却得快以外,油的低温冷却速度高低对获得的淬硬层深浅作用更大。低温冷却速度越高,淬火硬化层往往越深。丝杆升降机 包络蜗杆减速器

淬火冷却中的质量问题

1.硬度不足与硬化深度不够

淬火冷却速度偏低是造成齿轮淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不够的原因。但是,根据实际淬火齿轮的材质、形状大小和热处理要求不同,又可以分为高温阶段冷速不足、中低温阶段冷速不足以及低温阶段冷速不足等不同情况。

对于淬火用油,一般来说,油的蒸汽膜阶段短、中温冷速快且低温冷却速度大,往往能获得高而且均匀的淬火硬度和大的淬硬深度。

提高所用淬火介质的低温冷却速度,往往可以增大淬硬层深度。在渗层碳浓度分布相同的情况下,采用低温冷却速度更高的淬火油,往往能获得更深的淬火硬化层。因此,采用冷却速度快的淬火油后,相应缩短工件的渗碳时间,仍然能获得要求的淬火淬硬层深度。所要求的渗碳淬硬层深度越大,这种方法缩短渗碳时间的效果越明显。

2.淬火后心部硬度过高

与所选介质冷速过快或介质的低温冷却速度过高有关。解决办法之一是改换淬火油来满足要求。办法之二是与淬火介质生产厂家联系,有针对地加入适当的添加剂来降低现有淬火油的中低温冷却速度。办法之三是改用淬透性更低的钢种。

3.淬火变形问题

把引起变形的原因归结为淬火冷却速度不足和速度不均,并在此基础上提出了提高冷却速度并设法实现均匀冷却的解决方法,可供参考。比如,齿轮的内花键孔变形,往往是所选的淬火油高温冷速不足,或者说油的蒸汽膜阶段过长的缘故。提高油的高温冷速并同时提高油在整个冷却过程的冷速,一般就能解决内花键孔的变形问题。对于中小齿轮,尤其是比较精密的齿轮,选好用好等温分级淬火油是控制变形必不可少的措施。

4.光亮性问题

通常,光亮淬火油的光亮性好则冷却速度就不够高,而冷却速度很高的淬火油的光亮性则不够好。此外,热油的光亮性一般也较差。使用较久的油光亮性稍差,可以换新油或补加提高光亮性的添加剂。

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