變速箱齒輪的熱處理工藝的設計

一，變速箱齒輪的材料選擇：

1、選材的原則：零件材料的選擇應根據零件的使用性能要求及加工工藝性能、經濟成本要求進行選擇：

1)、使用性能要求：使用性能是指零件在正常使用狀態下，材料應具備的性能，是保證零件工作安全可靠、經久耐用的必要條件。零件在選材時，首先要根據零件的工作條件和失效形式，正確判斷所要求的使用性能，再根據主要的使用性能指標來選擇合適的材料。

通過對變速箱齒輪的工作條件、失效形式的全面分析，并根據零件的幾何尺寸、使用壽命要求，就能確定出零件應具有的主要力學性能指標。

2)、加工工藝性能要求：

變速箱齒輪常用的加工工藝路線為：

下料→鍛造→正火→粗、半精切削加工→滲碳→淬火、低溫回火→噴丸處理→加工花鍵→磨端面→磨齒→最終檢驗

根據以上工藝要求，變速箱齒輪的工藝性能要求如下：

3)、選材時還應充分考慮經濟性：

在保證使用性能的前提下，應盡可能選用價格低、貨源足、加工方便、總成本低的材料。

2、材料的選擇：根據以上使用性能和加工工藝、加工成本的綜合要求，可基本確定為低C%合金結構鋼：即我們常用的合金滲碳鋼。從目前我國汽車制造廠常用的金屬材料來看，汽車變速箱齒輪多采用20CrMnTi。

二、熱處理工序位置及熱處理工藝選擇：

熱處理是機械制造過程中的重要工序。變速箱齒輪的熱處理工序位置及熱處理工藝選擇、安排是否得當，對于零件的質量及切削加工性能起著至關重要的作用。根據熱處理的目的及工序位置不同，熱處理分為預備熱處理和最終熱處理。

1.預備熱處理的工序位置及熱處理工藝選擇：

為消除經過鍛造的變速箱齒輪毛坯的內應力、細化晶粒、均勻組織，并改善切削加工性能，為淬火作好組織準備，一般在鍛造之后、切削加工之前，可采用退火或正火作為預備熱處理。由于變速箱齒輪尺寸較小，且厚度較均勻，在正火、退火均可使用的前提下，為提高工作效率，宜選用正火作為預備熱處理。

2.最終熱處理的工序位置：

最終熱處理包括各種淬火、回火、表面熱處理等。零件最終熱處理之后，即可獲得所需的力學性能：因零件硬度較高，除磨削加工之外不宜進行其他形式的切削加工，故最終熱處理均安排在半精加工之后，磨削加工之前。

3.最終熱處理工藝方法選擇：

根據變速箱齒輪的工作條件及失效形式，對變速箱齒輪的技術條件要求如下：

齒輪根部σb＞1000Mpa，ak＞60J/cm2；

齒面硬度58～64HRC，心部硬度30～42HRC。

根據以上技術條件，變速箱齒輪材料：20CrMnTi采用的最終熱處理工藝為：先滲碳，使表面碳含量增加，心部仍維持低的含碳量，保持心部較高的強度和沖擊韌性；滲碳之后進行淬火和低溫回火，使輪齒表面硬度達到高硬度要求，心部仍維持較低的硬度。

三、熱處理工藝特性對齒輪質量和壽命的影響：

正確分析和理解熱處理性能指標，對保證零件的質量，滿足使用性能的要求，延長零件的使用壽命，具有重大意義。主要的熱處理工藝性能指標及要求如下：

1、淬透性：

淬透性的波動范圍直接影響到齒輪的產品質量。淬透性過低，則制成的齒輪滲碳淬火后，心部硬度低于技術條件規定的數值，疲勞試驗時，齒輪的疲勞壽命降低；若淬透性過高，則齒輪滲碳淬火后，內孔收縮量過大而影響齒輪裝配。

由于淬透性對輪齒心部的硬度和畸變有重大影響，GB5216-85規定：用于制造齒輪的20CrMnTi的淬透性指標為：距水冷端9咖處的硬度為３０～42HRC。

2、變形開裂傾向：

齒輪在淬火時因加熱或冷卻速度太快，加熱或冷卻不均勻都可能造成工件變形甚至開裂。因此，設計齒輪時，在結構上應盡量避免尖角或厚薄斷面的突然變化；淬火時，盡量選擇冷卻速度較慢的專用淬火油進行淬火。通過以上手段來減少變形開裂傾向。

3、淬硬性：

淬硬性指鋼在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度。淬硬性主要取決于鋼中的含碳量。含碳量越高，淬火后硬度越高。變速箱齒輪通過滲碳使齒輪表面達到高含碳量，淬火后使齒輪表面達到：齒面硬度58～64HRC，才能滿足齒輪表面高硬度、高耐磨的特性，保證齒輪齒面有足夠的使用壽命，不發生齒面點蝕和磨損。

影響熱處理性能的因素還有鋼的回火穩定性、過熱敏感性、回火脆性和尺寸穩定性等，只有正確處理以上各種因素對熱處理的影響，才能保證變速箱齒輪的正常使用，進一步提高變速箱齒輪的質量和壽命。