滲碳齒輪如何有效選用淬火油

目前困擾國(guó)內(nèi)滲碳淬火齒輪的主要問題是變形問題，它是一個(gè)系統(tǒng)性的畸變工程，有專家稱其為世界性的難題。但其實(shí)就是如何有效控制齒輪“均勻性”的問題，如原材料淬透性帶、鍛造流線對(duì)稱性、原始組織均勻性、加熱及冷卻均勻性等等。

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)滲碳淬火齒輪采用淬火油進(jìn)行淬火冷卻，油跟水一樣都存在物態(tài)變化，存在物態(tài)變化的介質(zhì)在蒸汽膜到沸騰階段的轉(zhuǎn)變過程中都存在很大的“不確定性”，即使是在相同的條件下，破膜的時(shí)間、位置具有相當(dāng)大的隨機(jī)性。正是淬火油這種破膜的“不確定性”導(dǎo)致淬火冷卻的不均勻性，這是齒輪淬火變形可控性變差的重要原因之一。相對(duì)于氣淬和鹽浴，油淬的變形大，同時(shí)規(guī)律性很差，產(chǎn)品的變形控制難度較大。因此，控制滲碳齒輪的淬火變形需要充分了解油品的冷卻性能，實(shí)現(xiàn)精確的淬火冷卻控制。

簡(jiǎn)單的講，油品選擇的基本原則是：在保證有效硬化層的前提下，盡量降低淬火應(yīng)力，以減小變形及開裂的風(fēng)險(xiǎn)。但并不是說油品冷速越慢，齒輪變形就越小，而是要根據(jù)齒輪的形狀、大小選擇冷卻性能分布合理的淬火油，以協(xié)調(diào)淬火過程的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。

以變截面齒輪為例，相對(duì)于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的齒輪來說，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)引起的變形更為突出，如半軸齒輪內(nèi)花鍵喇叭口、后橋從動(dòng)齒輪平面度變形、多聯(lián)齒輪的變形問題等。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在加熱及冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變的“不同時(shí)性”更為突出，導(dǎo)致更為復(fù)雜的應(yīng)力分布。主要表現(xiàn)為花鍵喇叭口、平面度差（翹曲）等，其中選擇合適的淬火冷卻方式，對(duì)于控制變形尤為關(guān)鍵。

變截面齒輪變形主要是由于截面上有效厚度不均，淬火時(shí)淬硬層分布不均勻，使其淬火應(yīng)力不能得到平衡，在局部產(chǎn)生較大的塑性變形。而小模數(shù)的變截面齒輪變形，從本質(zhì)上講主要是組織應(yīng)力主導(dǎo)的應(yīng)力變形，解決此類變形要求油品具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一、較高的特性溫度和高溫冷速，保證均勻一致的淬硬層，同時(shí)增加淬火時(shí)的熱應(yīng)力；二、較低的低溫冷速，降低組織轉(zhuǎn)變時(shí)的組織應(yīng)力。

例如變截面齒輪的內(nèi)花鍵“喇叭口”變形，通常是由于淬火油高溫冷卻能力不足，使大端的淬硬層不足，導(dǎo)致淬火應(yīng)力分布不均，或者說是油的蒸氣膜階段過長(zhǎng)的緣故。提高油的高溫冷速并適當(dāng)控制低溫冷速，一般就能有效解決內(nèi)花鍵孔的變形問題。

根據(jù)筆者相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，建議滲碳齒輪選用淬火油需要具備以下基本性能：

1)具有較好的破膜能力，以改善淬火冷卻的均勻性（即較高的特性溫度）；

2)足夠的冷卻能力，以保證有效硬化層的要求；

3)較低的低溫冷速，減小組織應(yīng)力；

4)科學(xué)合理的冷卻分布，有效的控制淬火工件的應(yīng)力分布。

以上只是針對(duì)變截面齒輪的變形特點(diǎn)，進(jìn)行淬火油選型的分析，不同類型齒輪其變形的機(jī)理可能完全不同，在此只是起到拋磚引玉的作用，提供一個(gè)淬火油選型的方法。我公司針對(duì)齒輪行業(yè)復(fù)雜多變的情況，研發(fā)了一系列淬火油，滿足不同工況及要求下的齒輪淬火。例如KR4488等溫分級(jí)淬火油產(chǎn)品，適用于在滿足工件淬硬前提下，對(duì)變形要求極高的產(chǎn)品。可以滿足小模數(shù)滲碳齒輪的淬火要求，在此就不一一列舉。總之，在淬火油選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)齒輪的材料、形狀、尺寸和技術(shù)要求并結(jié)合工況條件，從油的冷卻速度特性分布去進(jìn)行選擇，以協(xié)調(diào)淬火應(yīng)力分布，最好能與淬火介質(zhì)廠家的有關(guān)技術(shù)人員多進(jìn)行溝通，按照產(chǎn)品的要求進(jìn)行量體裁衣，將齒輪淬火變形能夠控制在較小的范圍內(nèi)。

來源：科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)