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齿轮火焰淬火技术的优化方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：不同材料的火焰淬火温度要比一般普通淬火温度高20～30℃。表6-8 各种钢材及铸铁的火焰加热温度5.齿轮火焰淬火的检验与畸变情况小齿轮整体加热者可用酸浸法检查其硬化层与显微组织，并进行硬度检查及尺寸检查。图6-5 齿轮火焰淬火喷嘴结构表6-10 齿轮火焰淬火工艺实例

火焰淬火是利用氧乙炔（或其他可燃气，如丙烷气、天然气等）焰使工件表层加热并快速冷却的淬火方法。火焰淬火设备简单，操作灵活方便，适用于各种形状齿轮等零件，特别是大尺寸齿轮或小批量、多品种齿轮等零件的表面淬火。

1.齿轮火焰淬火用钢

为了使齿轮火焰淬火后的表面硬度大于50HRC，必须采用中碳或高碳含量的钢材，常用的火焰淬火的钢材见表6-4。

表6-4 常用的火焰淬火的钢材

如果要得到较薄的硬化层，除选择常用的火焰淬火的钢种外，还可以选用低淬透性钢种。在选用钢种，特别是合金钢钢种时，应充分考虑钢的淬透性。

2.齿轮火焰淬火加热所用喷嘴结构

火焰淬火喷嘴是火焰加热的关键元件，其结构应根据齿轮加热面的形状和加热方法来具体设计和制造。图6-1所示为几种典型齿轮火焰加热喷嘴结构，供设计时参考。火焰喷嘴一般用纯铜管（φ10～φ16mm，厚度为2～3mm）制造，一般分为单焰（孔）式和多焰（孔）式两类。

图6-1 典型齿轮火焰加热喷嘴

a）、b）回转加热 c）单齿连续加热 d）沿齿沟连续加热

沿齿沟加热喷嘴结构比较复杂，图6-2所示为一种直齿轮沿齿沟加热喷嘴。喷嘴外廓与齿沟轮廓相似，两者各处间距基本相等，一般为3～5mm。火孔直径一般为φ0.5～φ0.7mm，水孔直径一般为φ0.8～φ1.0mm。齿根部火孔数量要多一些，齿顶部容易过热，火孔位置要低于齿顶面3～5mm。几种模数齿轮沿齿沟加热喷嘴设计参数见表6-5。表6-5中各参数代号参见图6-2。

图6-2 直齿轮沿齿沟加热喷嘴

a）喷嘴结构 b）火孔 c）水孔

表6-5 几种模数齿轮沿齿沟加热喷嘴设计参数

① 齿顶火孔数目

3.齿轮的火焰淬火方法

（1）全齿旋转火焰淬火法此方法主要用于小模数齿轮、短齿，全齿淬火后的硬化层深度主要取决于加热温度和保温时间。

（2）单齿连续火焰淬火法此方法主要用于大模数齿轮、较长齿，其又可分为沿齿腹淬火法和沿齿沟淬火法。单齿连续淬火后的硬化层深度与氧气压力、喷嘴或齿轮的移动速度、火孔与水孔的距离以及齿轮预热温度等有关。不同材质对应的火孔与水孔排间距离见表6-6。

表6-6 火孔和水孔排间距离与钢材关系

沿齿沟淬火时，由于齿根处的热量流失比齿腹要多，所以喷嘴上加热齿根用的火孔要适当多布置一些。此外，相邻的两个齿腹应采用水管通水喷冷，避免已淬硬部分受热回火而使硬度下降。

（3）典型齿轮火焰淬火方法（见图6-3）

图6-3 几种典型齿轮火焰淬火方法

a）齿圈火焰淬火 b）齿面火焰淬火 c）沿齿沟火焰淬火（单侧） d）沿齿沟火焰淬火（两侧）

4.齿轮火焰淬火工艺

（1）齿轮的预备热处理火焰淬火齿轮一般采用调质作为预备热处理，要求不高的齿轮也可采用正火。对于一些铸件，则应预先进行退火处理，以细化铸态组织。

（2）齿轮火焰淬火的推荐工艺参数（见表6-7）

表6-7 齿轮火焰淬火的推荐工艺参数

火焰淬火加热速度比较快，奥氏体化温度向高温方向推移。不同材料的火焰淬火温度要比一般普通淬火温度高20～30℃。各种钢材及铸铁的火焰加热温度见表6-8。

表6-8 各种钢材及铸铁的火焰加热温度

5.齿轮火焰淬火的检验与畸变情况

小齿轮整体加热者可用酸浸法检查其硬化层与显微组织，并进行硬度检查及尺寸检查。一般节圆误差为0.04mm，外圆胀大0.02mm，环形齿轮易于产生圆度畸变（0.03mm），齿向微有畸变，内孔淬火回火后畸变在0.02mm以内。

6.齿轮火焰淬火实例

大、中及小齿轮火焰淬火的情况如图6-4所示

图6-4 齿轮火焰淬火示意图

a）小齿轮 b）中齿轮 c）大齿轮

1）模数m＜3mm的小型齿轮，火焰喷嘴应离开齿顶远一些，边加热边旋转，齿全部加热后，在水中淬火。

2）旋转整体加热适用于m＝3～5mm的中型齿轮淬火，火焰喷嘴与齿轮的距离以18mm为佳，齿轮圆周速度以100mm／s为佳，加热后把齿轮取出淬水或油。

3）连续顺序逐齿淬火适用于m≥8mm的齿轮，火焰喷嘴距齿面4～6mm为宜，移动速度随硬化层深度而定。乙炔消耗量为2.8～3.5L／cm2时硬化层深度与移动速度的关系见表6-9。

表6-9 乙炔消耗量为2.8～3.5L／mm2时硬化层深度与移动速度的关系

4）淬火加热温度以经验观察，并通过调整移动速度加以控制，一般表面控制在850～900℃。

7.工艺举例

C660重型车床齿轮（m＝14mm，外径为870mm，宽度为200mm，齿轮最大转速为200r min，最小转速为3r／min，齿数84，7级精度）。

（1）齿轮技术条件材料为45钢，技术要求：表面淬火硬度42HRC。

（2）热处理工艺火焰淬火使用氧乙炔混合气体（C＝1.25），采用图6-5所示的喷嘴，移动速度为150～250mm／min，淬火冷却介质为水；回火温度为200～240℃，回火时间为120min。

（3）检验结果硬度和硬化层深度符合技术要求，未发现有严重畸变。 8.齿轮火焰淬火工艺实例

齿轮火焰淬火工艺实例见表6-10。

图6-5 齿轮火焰淬火喷嘴结构

表6-10 齿轮火焰淬火工艺实例