[理论资料] 机械设计优秀案例分享——〖案例5〗热处理对齿的影响

六月飘雪

〖案例5〗热处理对齿的影响

    35CrMo、40Cr、45等，是加工齿类产品的常用材料，一般粗加工后调质，精加工后齿面淬火处理。这样的工艺流程已是定式，而这次要讨论的，是一个无奈老板的无奈之举。

1.问题描述

    最近遇到有种产品，原由别的厂家提供，使用寿命是一个月就要更换，现在由我供货后使用寿命都在三个月以上，但价格在原采购价上只提高5%，而按我的工艺制造成本来算，几乎无利润。为了成本考虑，想要改变工艺流程：材料不经调质，直接粗加工后，齿面淬火至图纸硬度要求，对于齿的机械性能有什么影响？主要想强调对齿的影响。

2.分析

   甲说，从理论上，似乎可以按材料未经热处理似的强度和经过热处理后的强度估算轮齿的承载差异；但要记住的一点是，规范工艺就像交通法规一样，都是建立在前人惨痛经验之上，如果不是有确切的必要性，不要轻易去触碰雷区。

   乙建议提高供货价位，而不是改动热处理工艺，说，因为不减料而偷工，是最不合算的的事情。所节省有限而不可预期的后果往往很严重。对此提问者无奈地表示企业定位不一样，一定会坚持质量，绝不损益用户利益，不会被拉下水；但必需了解清楚这两者的区别，两者差别有多大，这样做出的产品心里有数，和客户勾通时能说得出好在那里，坏在那里。质量差别的原因。

   提问者的态度如此，也就没什么好说的了，于是丙说，对于中碳钢，调质是取得强度和韧性平衡，使材料的物理性能达到最佳状态的一种热处理手段，而如上所述的加工方式，其直接后果就是让齿轮的齿的承载能力减小。而且不经调质材质的内应力消除不好，有时这种情况下进行线切割也产生较大的变形，淬火时的变形量会更大，而且机械性能也不能与经过调质的材料相提并论。

   这番话是没有什么漏洞的，提问者自己也深知这一点，但表示如果不考虑这些因素，当直接加工淬火后，表面硬度也能达到HRC42~48，是否可用？

   丁对此表示怀疑，说，齿轮坯没有调质，那么齿轮坯的应力——原料轧制的、坯料锻打的、切削加工产生的残余应力等——没有去掉，这个齿轮的抗疲劳强度就肯定达不到设计要求；这样的齿轮进行齿面淬火，尽管硬度符合图纸要求，但仅仅是这一项指标符合而已。而且未进行调质而直接进行淬火的齿轮，所有轮齿硬度的均一性极可能要打折扣。

    而甲更是特别提出，未进行调质处理的零件，不宜进行高频表面淬火——由于高频淬火是快速加热，相变过热度大、速度快，因此良好的原始组织是获得良好的淬硬层组织的重要条件；不均匀的组织如存在粗大的铁素体或不均匀的过剩渗碳体，将造成淬火后出现淬火软点或硬度不足,而且淬火件此时的心部强度也达不到要求。

    丙赞同甲的上述观点，说，高频处理前的调质处理是为后续表面处理做组织及性能上的准备的，调质后的零件可以在高频处理时有效地防止零件的变形和开裂。所以不经调质而进行淬火是非常危险的。

   乙也不同意提问者的想法，说，不能擅自随便更改工艺流程；毕竟，一套完整的流程是环环相扣的，前一个步骤的好坏直接影响到下一步能否顺利，一点马虎不得；而齿轮的工艺更为严格，从负载到材质都做了详细的分类，不仅重载、中载、轻载的工艺流程不同，根据齿轮材料的不同也会有变化。

3.结论

    经过上面的讨论，提问者放弃了更改工艺的想法，而打算从其他方面去解决成本问题。有时候这种事是非常无奈的，就像分析的开头所述，工艺流程是不能随便更改的，当然如果只是传递一般的运动，可以直接采用经退火工艺的钢材，其材质还是比较稳定的。许多机电市场也有很多现成齿轮可以选用，只是这些齿轮大部分未经齿面硬化，甚至材质也没有保证，虽然用于要求很低的场合也未尝不可，但在重要的传递动力的部位，就一定要求严格按照热处理规范进行了，一点也不敢马虎。

小贴士：

根据负载选择加工工艺：

1.重载：下料——锻造——正火——粗加工——半精加工——渗碳+淬火+低温回火——喷丸——校正——精加工

2.中载：下料——锻造——正火——粗加工——调质——半精加工——高频感应淬火+低温回火——磨削

3.轻载：下料——锻造——正火——粗加工——调质——精加工