解析国外大型电动轮矿用汽车内齿圈离子氮化工艺.pdf

エ艺技术
解析国外大型电动轮矿用汽车内齿圈离子氮化工艺
河北汇工机械设备有限公司杨钟胜
摘要】离子氮化由于在低温下进行,具有不发生相变、变形极小的显著特点和技术优势,由于
工艺方法不当,导致变形大的问题已成为国内齿轮行业中的通病,本着“洋为中用”的主题,对国外
重载齿圈离子氮化工艺进行解析,希望国内有关兄弟单位将各自所用的工艺和国外工艺进行比
对,从中找出差距,达到通过解析而受益的目的
关键词:国外齿圈离子氮化工艺解析注意事项
齿轮的强度和承载能力随齿面硬度的提高而和重视。随着工业技术的不断进步和发展,离子氮
提高,所以硬齿面热处理技术在齿轮生产中获得广化的技术将会得到进一步的提高、完善、充实、成
泛的应用。
熟,并在经济领域的各行各业中得到更加日益广泛
日前用于齿轮表面硬化的三大热处理工艺分的应用。
别是
表1淞碳淬火和离子氮化工艺性比较
1.渗碳淬火;2.感应淬火;3.离子氮化。
L比较项目渗碳淬火
离子氮化
在国内、外硬齿面重载齿轮生产中,渗碳淬火
材料广泛,甚至包括
的齿轮承载能力最高,已成为硬齿面重载齿轮生产
材料适应性」只限于特定钢材奥氏体不锈钢、马氏
的主导工艺。
体时效钢及沉淀硬
NGW和NW行星轮系是电动轮矿用汽车轮边
化钢
常规工艺
减速器最常用的轮系。轮系由太阳轮、行星轮(大
850~950"C
460~600℃
温度
小行星轮)、内齿開组成。太阳轮、行星轮采用高淬
透性的渗碳钢,经“渗磯淬火十磨齿”的工艺加工而
相关处玓/要求后续淬火、回火「无附加
成。由于内齿圈对变形的要求很高,渗碳淬火后因
精加工经常要求磨削,成
般不需要磨削加工
变形很大难以满足加工的要求,因此,在国外对内
本高
齿圈的加工采用“中频淬火十磨齿”的工艺比较多
变形
变形大,报废率居高低温处理、无相变,变
不下
形极小
见。离子氮化由于在低温下进行,具有不发生相
变,变形极小的特点;经离子氮化后的内齿圈变形
表面洁净常要求清洗,去除淬
火油
表面洁净,直接装箱
最小,轮齿的精度最高。因此,在国外对内齿圈的
表面硬度
60-65HRC根据钢材,可高达
加工采用离子氮化工艺的厂家逐渐增多。渗碳和
7OHRC
离子氮化的工艺性比较,见表1所示
国内、外的齿轮行业一致公认:“硬齿面齿轮的1国外内齿器离子氮化加工工艺流程
精度每提高一级,承载能力提高10%,噪音下降3
据笔者所知,美国和白俄罗斯在加工大型电动
db,更有利于实现均载。”作为硬齿面硬化工艺手段轮矿用汽车轮边减速器内齿圈时,采用离子氮化工
之一的离子氮化工艺,由于在低温下进行,不发生艺对齿面进行硬化,成功的在重载齿轮齿面硬化方
相变,工序少,特别是热处理变形很小,非常适合对面取得了很好的使用效果。国外在加工内齿圈时,
精度要求高的硬齿面重載齿轮的加工,离子氮化的所采用的加工工艺流程如下
显著优点引起了国内外齿轮制造行业的普遍关注
1选材一2锻造→3正火→4粗车→5探伤→
x9多的分分でマで今変画ン多年
用汽车
2016年第2期
★工艺技术
GでGで受RつトいででーRででRッアにドでぞ
6调质→7半精车一→8探伤→9粗插齿→10稳定
①加热时脱碳倾向较严重,若表面脱碳层没有
化→11半精车二→12精插齿→13立磨→14稳定被车掉,渗氮时易在渗氮表面形成一种针状氮化
化→15磨齿→16清洗→17离子氮化→18综合检物,不仅使渗氮层硬度降低,而且使渗氮层变脆;
验并入库。
②该钢属含AI高的钢,钢液粘性大,治金质量
难以控制,钢材易出现偏析、夹杂、裂纹、发纹、岩石
2国外内齿圈离子氮化工艺解析
状断口及层状组织等缺陷
2.1选材
③有较强的过热敏感性;
选用合适的材料是进行离子氮化的先决条件,
④渗氮速度过慢。
对离子渗氮齿轮用钢的基本要求是:
出于以上原因,该钢在使用中受到很大局限,
①具有较高的淬透性,保证一定截面尺寸的齿因此,不推荐作为重载齿轮的深层渗氮用钢。
轮能淬透;
2.2正火
②有较高的回火稳定性,确保长时间渗氮后的
国外对进行离子氮化的内齿圈锻件锻后热处
心部硬度不下降
理采用正火处理。
③渗氮速度较快,不易产生缺陷组织;
锻件进行正火是为了消除锻件因各部分变形,
④基体的强韧性好,硬度分布平缓;
终锻温度和冷却速度的不一致引起的内部组织不
⑤杂质含量低、缺陷少。
均匀、残余应力和加工硬化等,为了保证锻件的质
作为氮化用钢要求含有Cr、M、AI、V等元素。量,锻后必须经正火处理
以在氮化温度下形成稳定的氮化物,氮化钢既可只
锻件正火的目的是
含以上一种元素,也可含多种元素。常用钢材及热
①消除锻件内应力和组织的不均匀性。以免
处理工艺见表2、表3。渗氮齿轮的母材强化水平和在后续加工中产生变形;
硬化层的厚度都是关系到齿轮承载能力及使用寿
②调整锻件硬度,以利锻件进行切削加工;
命的关键因素,齿轮深层渗氮后要和渗碳淬火的承
③②改善锻件内部组织,细化晶粒,为调质处理
载水平相媲美,齿轮毛坯必须进行调质处理,以获做好组织准备。
得均匀细小回火索氏体组织。
2.3探伤(第一次)
粗车后超声波探伤检查内齿圈齿坯的内部
表2国内外常用的齿轮深层离子氮化钢
缺陷。
美国
白俄罗斯
4140
42XM
42crmo
2.4调质
4145
国外对离子氮化前的调质处理非常重视,调质
4340
40XEIM
4OCRNIM
质量的好坏直接关系到离子氮化内齿圈的使用
25CR2MOV
寿命
B0C-2NIMA 30C-AN2MA]
结构钢渗氮前的预备热处理是调质处理。渗
表3常用的齿轮深层离子氮钢及调质处理工艺
氮件调质处理工艺对渗氮质量有很大影响。若调
材料调质处理工艺
刊质硬度质温度太低或保器时间不修,调质后有游离的铁获
4CM。「as0で火+50で回火297~34Hc32-Ro?体存在。由于氮在铁素体中的扩散速度较大,该处
4CNMo」850℃溶火+570℃回火297~32HBS3237HR?在滲氮后就会有较高的氮浓度,易形成针状氮化
25Cr2MoV940℃溶火+650℃回火305~352HIBS(33~38HRC
34CrN3Mol860℃溶火+600℃回火305~352HIBS(33~38HRC
物,使渗氮层脆性增大,容易剥落。因此,调质后表
面层不允许出现游离铁素体。相反,若淬火温度过
38 CRMOALA钢是国内外普遍采用的渗氮钢,高,淬火后晶粒变粗,氮化物优先沿晶界伸展,渗氮
渗氮后由于Al的作用,可以得到很高的硬度。但后出现波纹状或网状组织,也使渗氮层脆性增大
由于该钢存在以下缺陷:
回火温度的高低可决定基体中碳化物的弥散
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2016年第2期
爿汽车