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1、1 9 9 1 年 No 2 一 拖 科 技 热处理与磨削裂纹 齿轮分厂雷华梧 3 3 曼 竺 孝 t I 。 , - 暑 嚣 02 “, 5 嚣 I 蛳 态据介绍,作为渗碳层,有利于磨削的条 =【 、 ! _女 拿 曩 竺 量 不 大 于 10 及 好 的 表 面 残 余 应 力 状 r 一 t j ! 态,即压应力或低的拉应力。渗碳层这! L _ j LL 日 目 没 有 竺 銎 翌 篓 苎 兰 : 一 一 一 三 、 渗 碳 层 碳 浓 度 及 硬 度 分 布 本 次 试 验 的 日 的 在 于 对 不 同 的 工 艺 进 行 一 n 。 试验分析,讨论有利于磨削的热处理工艺方 用直径为
2、 2 6毫米 的试棒和试块同炉渗 案 碳后进行剥层。对每层进行化学分析,得到 一 、 渗 姐艺 介 绍 盏 嚣 寡 言 蓦 渗 碳 在 周 期 式 可 控 气 氛 多 用 炉 1 o 【 内 进 行 全 部 试 块 的 渗 麟 工 艺o B 广 : ; 是同 一 的 ( 如图1 ) , 9 2 0 E o I、 、 : 。 温 1 小时。测炉内气氛露点为 I、 一8 。 ( 用露点 杯测 ) n I 二、试验工艺及金相 1 砸袁 面距 离m m 组 织 0 币 r 厅 前 f : r 对渗碳后的试块采用不同的工艺进行后 图 2 渗碳屡碳浓度分布曲线 维普资讯 http:/ 3 4 一 拖 科
3、技 1 9 9 1年 No 2 表 l 热 处理 工艺过程及 显微 组织 试掸号 热处理过程 碳化物 l # 渗碳 2 4 2 # 渗碳+高温回火 ( 6 0 0 t, 3 0 0 ) 4 3 # 渗碳+ 高温回火 ( 6 0 0 t, 3 0 if)+ 淬火 ( S O O t) 1 I 4 # 渗碳+ 高温回火 ( 同上)+ 淬火 ( S O O t)+ 回火 ( 】 5 0 t) 2 I 5 # 渗碳+高温 回火 ( 同上)+淬火 ( S O O t)+回火( 1 5 0 t)+ 冷处 l l 理( 一 1 0 0 t, 6 0 ) 6 # 渗碳+ 高温回火 ( 嗣上)+ 淬火 ( g
4、0 0 t)+ 回火 1 5 0 t)+ 冷处 I l 理 ( 一 1 0 0 t, 6 0 )+ 回火 ( I 5 0, 3 5 h ) , # 渗碳+ 高皿回火 ( 同上)+ 淬火 ( 8 0 0 t)+回火( 1 5 0 t)+玲处 I l 理 ( - 1 0 0 t, 6 0 )+回火 ( 1 9 0 , 3 5 h ) 8 # 渗碳+高温回火 ( 同上)+ 淬火 ( S O O t)+回火( 1 5 0 t)+ 冷处 1 1 理 ( 一 1 0 0 t, 6 0 )+回火 ( 2 2 0 S h ) 9 # 渗碳+ 高温 回火 ( 同上)+ 淬火( 8 0 0 t)+回火( I fo
5、t)+冷处 I - 2 I 理( - t o o t, 6 0 )+回火 ( 2 2 0, 3 S h ) 1 o # l l 渗碳+ 高皿回火 ( 同上)+ 淬火 ( 8 0 0 t)+回火 ( 1 for)+ 冷处 理 ( - 1 D o t, 6 O )+ 回火 ( 2 2 0, 7 5 h ) 1 1 # 渗碳+ 高温回火 ( 同上)+淬火 ( 8 0 0 t】+回火( 1 f 0t)+冷处 l 2 I 理( - t 0 0 t, 6 0 )+ 回火 ( 2 7 0, 3 5 h ) 1 2 # 渗碳+ 高温回火 ( 同上)+ 淬火 ( 8 0 0 t)+回火 ( 1 5 0 t)+
6、冷处 l I 理 ( - l o o t, 6 0 】+ 回火 ( 1 5 0, 3 5 h + 2 2 0 t, 3 S h ) 1 3 # 穆碳+高温回火 ( 6 for, 2次) 4 5 1 4 # 洛碳+高温回火 ( 6 5 0 t, 2狄)+ 淬火( 8 0 0 t) l 1 , l 5 # 渗 碳 + 高 温 回 火( 6 for , 2次 ) + 淬 火( 8 o o t ) + 回 火 I 2 1 ( 1 for ,3 5 h + 2 2 0 t, 3 5 h ) 渗碳层硬度用 5公斤维氏硬度,在接跚 附近沿 着与齿 面大 致垂直 的方 向进行测 量 。 将所 得部分 结果,绘
7、成图 3及 圈 4曲线 四、残余奥氏体及残余应力 测 残 余 奥 氏 体 的试 样是 从 试 验 试 块 上 切 割 下来 的 一 个 8X l 5的齿 片,如 图 5所示 所测部 位 为该齿 片的齿 面 。测 量仪是 日本的 3 0 1 5衍射 仪 。 残 余 应 力 的 测 试 也 在 试 块 上 进 行 ,所 测 部 位及应力方 向, 如图 5所 示。由于设备所限,中间齿只测量了径向残 余 应 力 测 量 仪 为 x射 线应 力 仪 ,型 号 为 X Y L1 3。 残 余 奥 氏体 及残 余 应 力 测量 结 果 见表 2 图 3不同温度回火渗碳屡硬度 分布 曲线 维普资讯 http:
8、/ 1 9 9 1年 No 2 一 拖 科 技 3 5 表 2 残余奥氏体 残余应力 硬度测量结果 残余应力 ( xl o 2 k P a ) 表面硬度HRC 试样号 残余奥氏体 A , 中间齿 外齿 外齿 齿顶 齿心 3 # I I 2 6 O 9 5 4 5 6l _ 6 4 7 9 I 4 # 7 5 6 5 5 5 3 O 6 3 O 4 7 0 6 # I 1 4 3 -0 - 2 5 一 l 5 5 9 5 6 0 5 4 7 6 I O 5 3_0 l 2 0 3-0 6 0 0 6I _ O 4 8 5 9 # 4 6 -2_0 I _ 0 -5_0 5 9 2 6 0_0 4
9、 7 6 1 I # O 2 5 3 5 2 O 5 6 5 5 7_0 4 5 0 0 # O 5 0 1 O - - 9 0 5 6 0 5 7_0 4 7 2 l o # 2_0 4 0 O I 5 5 8 5 5 9 6 4 7 0 1 2 # 5 上 4 0 45 -2 5 5 7 3 4 7 0 1 5 # 4 4 1 5 3 5 I _ 5 5 8 2 4 7 0 4 # I 6 0 3 5 4 5 I _ 5 6I 2 4 7 6 I 2 2 3 0 -5 0 -3_0 6 1 O 4 5 7 I # 1 2 0 5 9_0 4 n0 2 # 0 4 3 8 1 2 3 6 I
10、 I O 2 9 9 I 6 0 拄:s 在 R J J 一7 5 炉倒火t其余在 H 一3 1回火 五、一个磨 裂实例 一 个 2 0 Cr 2 Ni 4 A 材 料 的齿 轮,经磨 齿 产生 了磨 削裂纹对该齿轮及 同批未磨裂的 齿轮进行 了一些检查,检查结果列于表 3 六、初步分析与结论 1 从 表1所 列 金 相 组 织 检 查 结 果 可 见,不同工艺之试样,其碳化物大部分为 1 级,小部分为 1 至 2 级碳化物细小分散、 数量少,说明所采用的渗碳工艺是可行的 试 验工艺,主要是 改变最终 回火 温度 及 时间,以及是否进行冷处理从金相组织上 看,不同工艺的试样,其马 氏体及残余奥
11、氏 体全部为 1 级或穗大于 1 级,B 口 从常规金相 组织上看不出此次试验不同工艺的区别 2 从 图 2可见 ,表层 最高古 碳量在 0 9 左右。这个吉碳量值,与资料所推荐 的有利于磨削的含碳量值相同。从碳浓度分 布曲线看过渡区平缓因此可以认为,试 验所采用 的渗碳工艺是合适 的 表 3 磨裂实例检查 检查项目 有磨裂零件 无磨裂零件 碳化暂缓别 3级 3镀 马 氏体 ( 残余奥氏体) I 级 I 援 齿顶硬度 ( HRC ) 6 2 5 , 6 2 0 6 2 0 , 6 2 0 6 2 o 6 3 0 6 3 0 , 6 2 0 , 6 2 O 齿心硬度 ( HR C ) 4 4 2
12、 , 4 5 _ 0 , 4 5 5 4 4 5 , 4 6 5 , 4 6 5 磁力探伤 有裂纹 无裂纹 裂纹深度 ( r a m) O 3 6 ; 齿面残余应力 ( 径向, x 1 0 k P a ) 拉应力2 6 0 拉应力4 0 维普资讯 http:/ 3 6 一 拖 科 技 1 9 9 1年 No 2 图 不 同 回火 时 间 ( 2 2 0 ) 渗县 硬 度分布 曲线 3 比较表 2中 3 # 、4 # 与 1 4 # 、1 5 #试 样的表面残余奥 氏体量可见,前者分别为 I 1 2 和1 6 0 , 后 者 分 别 为7 5 和 4 4 从 工 艺 表 1可见 ,后 者 是将
13、高温 回 火的温度 由 6 0 0提高到 6 5 0 C,回火由 1 次改为 2次这种改变,使磺化物更有效地 析出,降低了同溶体的台金化程度从而使 试样加热至 8 时,奥氏休相应的露溶台 金度降低,淬火至室澄I于 ,残杂奥氏体量就 少并且,表而硬度亦相应 由 HR C6 1 6 提 高到 HRC 6 3 0 ( 3 和 1 4 试样) 由此可 见,提高高温回火的温度及次数 可以有效 地降低谇火组织中的残余奥氏体 。 4 关 于冷处 理的讨论 表 1 所列 1 2 和 1 5 试样工艺,前者经过冷处理,后者为 2 次高温罔火最终同火工艺相同从表 2 可见 ,1 2 #的 A 为 5 2 , 1
14、5 #的 A 为 4 4 ,齿 顶 表而硬度分别 为 HR C5 7 3 和 HRC 5 8 2 ,都 是比较接近的表面残余 应力 的羽 4 盘结果,数值差别亦 不大但 1 2 试样 的三个 残余应力数据 中有两个是压应 力,这应当认为是好的 从表 1 还可见,所 有经过冷处理试样 的残余应力数据 中,有 4 0 为噩应力 :而 进行冷 处理的试样 全部为拉应力因此,从减小磨裂的倾m性 出发。应当考虑进行冷处理 5 比较 6 # 1 1 试 样 ,从 农 2可见 , 圉 残 余 奥 氏 体 , 残 余 应 力测 量 试 块 、部 位示 意困 6 、 7 #的 残 余 奥 氏体 量 分 别 为
15、I 1 4 和 1 0 5 , 而 8 #1 0 #的 A 为 0 4 6 其 工艺上的 不 同, 从 表 1可见 :6 、7 的最 终 网火 温度 为 1 5 0 和 1 如 而 8 # 1 0 的回火温度 为 2 2 0 C由此可见提高最终回 火温度能有效降低 A 比较在 2 2 0 C下 不同同火时闻的试样即 9 # 8 #、1 0 # , 时 间 分 别 为 3 5 5 0和 7 5小 时 从 趋 势 上 看 , 残 余 奥 氏体 下 降 的 : 3 5小 时 是 4 6 , 而 5 0 7 5小 时是 0 2 0 至于 1 0 #比 8 # A 还高一些这可能是由于试 样在不同设备回
16、火以及其它原因造成的从 此 次 试 验 结 杲 肴 , 最 终 回 火 工 艺 选 择 2 2 0 、5小时是 比较合适 的 6 从 图 3 图 4可见 , 随着 回火 温度 的 升高 。渗碳层硬度 下降 在一定温度 下, 随回火时问延长,渗碳层硬度也下降但从 两组曲线的变化幅度看,在所试验范围内, 温度 的影 响 比时 间 大 而且 从 图 3可 见 , 2 7 0 C下的回火。使渗碳层的过渡区硬度下 降太,从而使过渡区不平缓+这将可能影响 齿轮的接触疲劳 因此,选用 2 2 0 C回火是 比较好 的回火时 间延长 到 7 5小 时,并不 能使硬度有多少降低 而 回火 5 小时。A 已经降到
17、相当糕了所以。时闻选用 5 小 时较好图 4上 5 小时同火硬度 比7 5 小时 回火硬度精低。是由于试块( 下转第 4 5页) 维普资讯 http:/ 1 9 9 1年 NO 2 一 拖 科 技 -4 5 固 7 E BW- 4 G型齿轮 专用电子束 焊机 简圈 端面 进行 电子束 焊接( 图 6 ) 。 电子束 焊 接 基 本 原理 如 图 7 灼 热 阴极 所 发 射 的 电子 流,被 5 0 k V的高压会聚电场拉向阳极并 穿过阳极孔轰击与阳极等电位的工件电子 束经磁透镜会聚成细柬冲击零件表面,其 动 能 转换 成 热 能 功 率 密度 高达 l 0 l 0 W c m ,可快速加热熔
18、化零件表面达封 焊接 目的 为 了 确 定 本 零 件 焊 接 深 度 , 在 E B W- 4 G型齿轮专用屯 子束焊接机上先作 模拟试验通过计算,设计一套夹具把两 块未加工成齿形的坯件用电子束焊接焊后 在拉力试 验机上作扭转试 验 ( 使拉力转成扭 矩) 从试 验 的数 据可知 焊接 深度 为 6 tur n , 而且非常可靠焊接后零件见图 6 以上三种加工方法,我们认为第一种工 艺较 复 杂 第二 种 需 要 引进 国外多 刃 插齿 机插刀头结构复杂, 价格昂贵( 据 F I AT公 司介绍一十插刀头价格 5 ,0 0 0 0 0 L t ,一把 刀片价格 l 2 0 , 0 0 0 一
19、l 3 0 , 0 0 。 L t ) 且不 同品种 需要更按不同的插刀头所以我们认为第三 种加工方法切合国情 ( 电子柬 焊机国产) , 其工艺简单,焊接质量可靠所以对小闻距 齿轮加工,建议采用电予束焊接工艺 ( 上接 3 6页) 是在生产 条件下处理 , 不够 精细所造成 的误 差 7 从 表 3的实俐可见 有无磨裂的两 个零件,其金相组织、硬度基本一样,但磨 裂的齿表面有高达 2 6 01 0 k P a的径 向拉 伸残余应 力 ,而 未磨 裂者 仅 有 4x 1 0 k P a 这个径向拉仲残余应力的方向与磨削进刀的 方 1 太致上是一政的与表2所列试块残余 应力 比较可见 ,来磨裂零件的数值与之处 于同一数量级承平因此 有一定的理 由认 为高的拉伸径 向残余应力可能是在磨 削时 移成 的 本文是结台生产 做的一点试验工作 总 结,仅供参考,不当之处请指正文中数据 的测量,得到我厂工艺材料研究所及洛阳轴 研所许多同志的帮助,在此表示感谢参加 本次热处理试验的还有杨 安柱伺志 维普资讯 http:/
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