齒輪是機械傳動中的主要部件，我廠在接受125摩托車齒輪的生產任務中共有7種齒輪，技術要求如表1所示。
表 1
零件名稱 | 滲層深度/mm | 表面硬HRC | 心部硬HRC | 圓跳動量/mm |
主動齒輪 | 0.4~0.6 | ≥55 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅰ軸Ⅱ速齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.06 |
起動齒輪 | 0.2~0.35 | ≥55 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅱ軸Ⅲ速齒輪 | 0.4~0.7 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
Ⅰ軸Ⅰ速齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
Ⅱ軸Ⅰ齒輪 | 0.4~0.6 | ≥58 | 24~38 | ≯0.06 |
Ⅱ軸Ⅱ速齒輪 | 0.4~0.7 | ≥58 | 24~38 | ≯0.063 |
幾種齒輪均采用低合金鋼20CrMnTi制成。為提高齒輪的接觸疲勞強度及抗咬合、抗擦傷性能，要求經(jīng)調質處理后進行碳氮共滲。由于受生產設備限制，我廠僅能進行氣體碳氮共滲。經(jīng)多次試驗和大批量生產，齒輪熱處理質量達到了技術要求。
1.熱處理工藝參數(shù)的確定
根據(jù)產品的要求，制訂的零件工藝流程為：調質→制成直齒輪→氣體碳氮共滲→淬火、回火。
考慮到我廠氣體碳氮共滲是用上海電爐廠產的RQZ—60—9式滴注井式氣體滲碳電阻爐進行氣體共滲。碳氮共滲用的液體介質是用滴量器對流量進行控制。碳氮共滲質量完全依靠操作工人對滴數(shù)，火苗進行嚴格控制。
（1）調質溫度
根據(jù)材料和硬度要求，確定調質溫度為（870±20）℃，回火溫度（660±20）℃。
（2）碳氮共滲溫度
碳氮共滲中的溫度是決定滲層質量的主要原因，其碳氮濃度在爐中的變化情況是：在共滲層中碳量隨溫度升高而增加，氮量隨溫度升高而減少。而共滲層中碳原子分布變化情況是：碳原子的穿透深度隨溫度的升高而加大，氮原子的穿透深度隨溫度升高而有所減少。在碳氮共滲層中成分要求一般是：wC=0.8%~1.15%，wN=0.2%~0.4%為最佳。為了獲得這個較佳的滲層成分，又考慮到要盡量減少齒輪淬火時的變形，經(jīng)多次試驗最后確定采用（860±20）℃。
（3）碳氮共滲保溫時間
在碳氮共滲溫度（860±20）℃下，用共滲劑煤油和三乙醇胺進行碳氮共滲，經(jīng)在保溫時間內進行抽樣切割檢查碳氮共滲層深度合格后，確定七種齒輪碳氮共滲的最佳保溫時間是4~6h。
（4）碳氮共滲劑的選用
在提高企業(yè)經(jīng)濟效益同時又保證齒輪碳氮共滲的質量，從試驗到大批量生產，采用煤油和三乙醇胺作氣體碳氮共滲工藝用的共滲劑。
（5）碳氮共滲劑比劑的確定
碳氮共滲對于共滲劑煤油和三乙醇胺的比例很重要，它們是決定共滲層質量的關鍵，它們的比例不恰當會嚴重影響共滲過程中碳氮原子滲入速度和共滲層中的碳氮濃度。經(jīng)過反復對比實驗，確定采用1：2.5為碳氮共滲階段煤油和三乙醇胺的流量。由操作工人通過控制每分鐘的滴數(shù)來控制它們的流量，從而達到確保共滲透層的質量。
（6）碳氮共滲后淬火
齒輪在860±20℃下進行碳氮共滲直到共滲保溫階段結束，檢查試樣共滲層深度合格后就出爐直接淬火，油溫50~80℃冷透，效果良好。
（7）回火溫度
齒輪經(jīng)碳氮共滲透及淬火后，必須進行低溫回火，回火溫度180±20℃空冷、冷透。
3.齒輪熱處理工藝
熱處理各參數(shù)確定后，制定了如下工藝規(guī)程。
（1）齒輪調質工藝：淬火溫度870±10℃冷卻介質20號機油，油溫50±80℃，回火溫度660±20℃，空冷、冷透，24~38HRC。
（2）氣體碳氮共滲工藝：共滲溫度860±20℃ ，共滲時間4~6小時。
（3）淬火，回火工藝：齒輪碳氮共滲后直接淬火，油冷，油溫50±80℃冷透。回火溫度80±20℃空冷、冷透。
4.大批量生產及效果
上述熱處理工藝規(guī)程經(jīng)過多次試驗和抽件切割檢查證實，能滿足零件的技術要求。檢查合格的齒輪經(jīng)裝配和試車考驗證實使用性能良好，于是進入大批量生產。大批量生產后的齒輪對其調質硬度、淬火及回火硬度、變形等項目分別按每爐10%抽樣檢查調質硬度、淬火及回火硬度，按每爐抽樣檢查碳氮共滲層深度、對變形項目全部進行檢查，檢查結果如表2示：
表 2
序號 | 零件名稱 | 滲層深度/mm | 心部硬度HRC | 表面硬度HRC | 圓跳動量/mm |
1 | 主動齒輪 | 0.42~0.45 | 24~38 | 56~59 | 0.036~0.045 |
2 | Ⅰ軸Ⅱ速齒輪 | 0.42~0.45 | 24~34 | 58~61 | 0.041~0.056 |
3 | 起動齒輪 | 0.30~0.35 | 22~32 | 56~58 | 0.043~0.054 |
4 | Ⅱ軸Ⅲ速齒輪 | 0.42~0.45 | 23~35 | 58~63 | 0.041~0.056 |
5 | Ⅰ軸Ⅰ速齒輪 | 0.42~0.45 | 24~36 | 58~61 | 0.042~0.057 |
6 | Ⅱ軸Ⅰ齒輪 | 0.42~0.45 | 25~37 | 58~61 | 0.041~0.054 |
7 | Ⅱ軸Ⅱ速齒輪 | 0.42~0.46 | 24~36 | 58~62 | 0.045~0.058 |
5.生產中曾出現(xiàn)的問題及補救措施
生產齒輪近五年，齒輪熱處理質量穩(wěn)定，但也出現(xiàn)過共滲層硬度偏低，共滲層淺等問題，經(jīng)采取措施順利地解決了問題，確保了產品質量。
對齒輪在碳氮共滲后出現(xiàn)硬度偏低，經(jīng)過詳細分析找到了產生質量問題的原因：是在共滲階段對煤油和三乙醇胺流量即每分鐘滴數(shù)未嚴格控制。
經(jīng)對齒輪重新進行碳氮共滲處理，在860±20℃重新進行碳氮共滲保溫階段按具體情況調整、煤油和三乙醇胺的流量，即控制它們每分鐘滴數(shù)，同時調整保溫時間，經(jīng)過上述措施，效果較好。
對齒輪在碳氮共滲后出現(xiàn)共滲層淺進行詳細分析認為：產生原因是齒輪在碳氮共滲階段保溫時間短，未嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程，經(jīng)重新進行碳氮共滲補救，通過延長860±20℃時的保溫時間，就達到滿意的效果。
6.結論
生產的七種齒輪經(jīng)多次抽件切割考核質量一直穩(wěn)定，又經(jīng)多次裝配試車考核，證實經(jīng)熱處理后的齒輪具有較高的接觸疲勞強度和較高的耐磨性，使用性能良好，這充分表明采用氣體碳氮共滲完全能滿足產品要求。
