汽车齿轮加工技术汽车齿轮热处理工艺、特点与作用

时间: 2024-06-17 09:48:30 |   作者: 计量齿轮泵

  我国作为世界第一汽车制造与销售大国,汽车制造业已成为中国经济不可或缺的支柱产业。汽车齿轮制造与使用量(主机及配件使用)无疑变成全球第一。

  汽车齿轮作为汽车上关键零件,大多数都用在传递动力和运动,并通过它们来改变发动机曲轴和主轴齿轮的速比。由于汽车行驶状况随路况随机变化,因而汽车齿轮的工作状况很复杂,这就要求汽车齿轮拥有非常良好的内质量。

  汽车齿轮的内在质量主要是指齿轮的显微组织、力学性能等指标满足技术方面的要求,同时其他缺陷必须控制在规定的技术范围之内。

  汽车齿轮内在质量的优劣是决定齿轮质量的关键,其完全取决于热处理质量,是齿轮实现低噪声、高精度,长寿命的关键因素。

  汽车齿轮热处理(工艺)包括:一是普通热处理,如退火、正火、淬火、回火、调质;二是表面热处理,其包括表面淬火(如感应淬火、激光淬火等)和化学热处理(如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗等)。

  调质是将齿轮等零件淬火后进行高温(500~650℃)回火的操作。调质处理常用于含碳量0.3%~0.5%(质量分数)的优质碳素钢或合金钢制造的齿轮。

  调质可以细化晶粒,并获得均匀、具有一定弥散度、优良力学性能的回火索氏体组织。一般经调质处理后,齿轮硬度可达220~285HBW。调质齿轮的综合性能优于正火。

  调质常用于齿轮的预备热处理(如渗氮、感应淬火前的调质处理)和最终热处理。

  齿轮齿面淬火硬度一般为45~55HRC。表面淬火齿轮承载能力高,并可承受冲击载荷。通常表面淬火齿轮的毛坯经正火或调质处理,以便使齿轮心部有一定的强度和韧度。

  表面淬火主要有感应淬火、激光淬火与火焰淬火等。与渗碳淬火相比,表面淬火变形小、成本低、效率高。

  汽车齿轮表面淬火主要是采用感应淬火工艺。由于感应加热速度快,就没有氧化、脱碳,齿轮变形很小,还易于实现局部加热及自动化生产,热处理成本低。因此,在现代化汽车行业中得到普遍应用。

  渗碳淬火是先将齿轮等零件放入渗碳介质中,在880~950℃下加热、保温,使齿轮表面增碳,接着进行淬火。

  汽车齿轮常用气体渗碳工艺。渗碳淬火、回火后齿轮表面硬度一般在58~63HRC。目前,渗碳淬火慢慢的变成了重要汽车齿轮(如差速器齿轮、驱动桥主从动弧齿锥齿轮、变速器齿轮等)的主导热处理工艺。

  近几年汽车用自动变速器AIT渗碳齿轮的齿面在工作中的实际温度约达300℃,远高于正常的回火温度(150~200℃)。这种表面的温度将导致硬度降低,引发点蚀的产生。采用碳氮共渗后喷丸硬化可提高疲劳强度。在碳氮共渗时,随着含氮量的增加ΔHV(硬度降)提高,抗回火性能提高,抗回火温度达到300℃。

  渗氮是向齿轮等零件表面渗入氮原子形成氮化层的化学热处理工艺。渗氮能大大的提升齿轮表面硬度、耐磨性、疲劳强度及抗蚀能力。渗氮处理温度低,因此齿轮变形小,无需磨削或只需精磨即可。

  日本在汽车变速器齿轮热处理时采用渗氮工艺,德国Clocker-离子公司将离子渗氮应用于汽车齿轮,均提高了齿轮精度和使用寿命。

  未来汽车齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展,并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。

  主要表现在:材料的均匀性,即要求材料具备良好的成分和组织的均匀性;温度场和流体场,即不断改善温度场和各种流体场,如渗碳、渗氮、碳氮共渗的流体场和淬火的液体场的改善,进一步提升齿轮内在质量。

  齿轮热处理先进装备的研制和发展,如开发更好的炉衬耐热和保温节能材料,尽可能降低炉壁温升,减少炉壁热损耗;废热综合利用,如锻造余热的利用,进行锻造余热正火等,降低齿轮成本。

  研究开发齿轮的新工艺,这些新工艺少(无)污染、环保,如低压真空渗碳、离子渗氮、双频感应淬火、激光淬火、稀土及BH催渗等技术的发展。

  智能化是齿轮热处理控制技术发展的必然趋势,计算机、传感器、智能库将构成智能热处理的核心,主要体现在:根据齿轮等零件的材料、技术方面的要求等,系统自动生成工艺;生产的全部过程的完全闭环自动控制;齿轮等零件的热处理质量的预测、预判;系统故障自动诊断与处置;在线的自适应及应急应变能力,如开发了离子渗氮、碳氮共渗所用的氮势传感器和低压渗碳的碳势传感器等。

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