齿轮是机械传动中的的主要工件，也是重要的受力单位。由于重载和路况恶劣等原因，重型车辆的传动装置存在一定的缺陷，造成传动装置中主要工件齿轮耐久性差、强度低、韧性差等问题，对其热处理工艺提出了更高的要求，因此，必须采用多种热处理方法来提高齿轮齿槽的力学性能。热加工工艺多采用淬火阻隔法，但由于淬火阻隔技术要求高，造成齿轮变形的主要技术问题和影响因素很多。其中，热处理是最重要、最难解决的问题。因此，研究影响齿轮热处理过程中变形的具体因素，并结合变形因素，对齿轮热处理工艺的控制方法进行深入分析和探讨，才能有效地提高齿轮的热处理质量，从而提高齿轮的加工精度和加工质量，有效地解决了热处理变形问题。
1.齿轮热处理变形的主要影响因素
在齿轮热处理过程中，由于各种环境因素和其它外部因素的影响，齿轮发生了变形，根据这些因素的统计分析，可确定影响工件热处理的因素如下：
1.1 齿轮原材料
实验结果表明，金属材料的一致性及成分的均匀性是影响齿轮热处理质量的主要因素之一，在熔化过程中，尤其是在对称凝固过程中，金属材料的一致性及成分的均匀性对热处理质量有很大的影响。从影响因素来看，主要有两个方面：一方面，采用硬度高的原材料，另一方面，采用收缩率高、韧性好的材料，可有效避免热处理时因内孔径增大而造成齿轮变形；采用硬度高、经热处理的原材料，可使齿轮变软。结合国内外不同钢厂的材料硬度生产情况，具体对比情况见表1。
表1 不同钢厂对材料淬透性的控制情况国外钢厂控制情况 国内钢厂控制情况波动值 ≤0.02% ≤0.025%淬透性 ≤4HRC 4-6HRC
1.2 齿轮设计
在热处理过程中，齿轮的几何形状决定了齿轮的设计，不同形状的齿轮内部应力分布不一样，因此，齿轮的设计制造也是影响其变形的重要因素。因此，设计人员在设计齿轮时，首先要对齿轮在热处理过程中可能发生的变形进行评估，然后根据综合评估的结果进行设计，实践证明，在齿轮的制造和加工过程中，为了有效地减少应力变形，必须在设计阶段采取消除应力措施。但这种方法成本较高，有必要进一步研究控制生产过程变形的措施。
1.3 淬火处理
在淬火冷却过程中，齿轮可能会变形。在这种情况下，齿轮内受热不均匀是齿轮变形的主要原因，加热速度调节不良，容易增大应力。此外，加热温度的不均匀性和加热介质的不均匀性也是热处理变形的原因之一。采用精确地温度控制，齿轮的内外温均大于热处理时的内外温。硬化时，加热冷却不均，冷却速度过快，齿轮内外温差增大，容易造成齿形变形问题。
图1 加热机高频齿轮淬火设备
装料方式：在这种情况下，由于齿轮在热处理过程中长时间处于高温状态，极易发生缓慢变形。要解决这一问题，必须采用能保证齿轮加工质量的切削方法或加工方法。
淬火温度：技术人员还要控制热处理温度。当温度过高时，齿轮的韧性会大大降低，从而增加脆断的可能性。实验结果表明：对于齿轮传动元件，交变温度可使齿轮实现变形，但交变温度必须满足齿轮传动及热处理的基本要求，且不能过大。
淬火介质：为避免齿型变形，在齿轮热处理过程中应选用温和淬火介质，尤其对小齿轮和薄齿轮进行热处理时，才能有效控制齿轮的波动。
1.4 齿轮机械加工
对齿轮的加工也是影响齿轮变形的主要因素。切削过程中，由于刀具损坏严重，易发生齿轮找正不当、齿轮工件变形等问题。此外，锻造金属内部存在应力时，加工后的齿面也会变形，而加工应力是在加工过程中产生的，上述因素直接导致齿轮容易发生变形。
1.5 锻造
通过高温锻造，使齿轮内部材质均匀性得到改善，也是改善齿轮结构均匀性的重要一环。但锻造过程中金属的不均匀熔化会导致合金材质的不均匀，从而影响合金的热处理性能。熔点过高，若不能适当控制，冷却过程中仍会出现不均匀现象。锻件上金属纤维的流线型应根据工件的外部轮廓均匀分布，并确保纵向部分的条带封闭。利用此线形成固定的变形规律，简化常规加工。另外，熔点过高，原料颗粒会长大，严重时会损坏坯料。
1.6 预热处理
热处理的实质是得到较好的组织，即细化晶粒，消除残留应力，但在实际生产中，该工艺结束后，通过冷却处理，采用显微组织加工技术控制热处理工艺，从原料奥氏体晶粒入手进行实际转化，将显微组织转变为铁素体和珠光体，得到了理想的形状和硬度。
1.7 机加工道具与切削量
在加工过程中，工件产生了加工应力，经过预热，工件形状得到了显著改善。实际加工中，当切削量超过有关要求或标准时，或刀具损坏严重时，就会产生偏差，同时在热处理过程中，由于加热会释放内部残余应力，造成工件较大变形。虽然无法有效地消除残余应力，但是通过选择合适的加工工艺或及时更换破损刀具，可以达到降低残余应力，稳定控制变形影响因素的目的。
1.8 热处理工艺
渗碳淬火技术目前广泛应用于齿轮的热处理。渗碳淬火技术凭借其技术成熟、成本小、运用普遍等优势成为当前热处理研究中的重点研究方向。渗碳温度是渗碳效果的决定性因素，渗碳温度越高，零件屈服强度会出现明显地降低。对此，需要以技术角度为出发点控制渗碳温度，从生产成本角度合理提升渗碳温度。这就要求相关技术人员进行合理协调，保证实用性和生产力。
2.齿轮热处理变形的具体控制措施
由此得出结论：齿轮变形受多种因素的影响。为了有效地避免热处理过程中的齿形变形，减少变形的可能性，技术人员可以采取以下措施。
2.1 科学选择齿轮材质
在齿轮热处理过程中，齿轮材料硬度是影响齿轮变形的主要因素，因此有必要科学地选择合适的齿轮材料。为有效降低齿轮变形的可能性，应选用硬度高的齿轮材料，因为齿轮的模数和精度都会影响原材的硬度，如我国常用的20 CrMnTi钢，这种材料晶粒度的差异较大，晶粒不均匀的特点使其在热处理时容易发生不均匀变形。因此在选择热处理工艺时，还应考虑材料本身的性能特点。
2.2 合理进行齿轮设计
对齿轮结构进行论证，首先要保证其性能满足使用要求，其次要充分考虑齿轮在热处理过程中可能产生的变形，根据具体要求，设计齿轮结构时，应遵循工件分布均匀、形貌直观、保证齿面均匀、有效减少应力不均、避免阻抗和冷却发热等原则。应设计具有均匀对称壁厚的零件。在加工过程中，当工件壁厚没有满足相应要求时，薄型工件在热处理过程中受热迅速，增加了弯曲的可能性，所以要尽可能避免此类情况发生。
2.3 选择合适的热处理工艺
齿轮应该在冷却过程中使用合适的介质。对于淬火剂，最重要的是温度控制，同时选择淬火剂时，还要结合齿轮材料的特性。为了提高齿轮工件的硬度，改善齿轮产品品质，必须用润滑剂进行润滑，并加入适当的添加剂。淬火介质的油温在实际热处理过程中往往不均匀，最终导致齿形变形。因此，技术人员应控制热处理设备，以保证工件在处理过程中受热均匀，并使用热油进行处理。
为了减少锻造过程对齿轮热处理的影响，锻造后对设备进行保温处理，可有效地防止齿轮因应力分布引起的变形。锻造后的热处理会有效预防因为应力分布不均造成的变形。
2.4 提高机械加工的质量
由于热处理工艺本身的变形具有一定的规律性，因此技术人员必须总结出气体变形的规律性，并在生产过程中进行处理，提出有效的防治方案；为了提高齿轮的热处理质量，常常作出预先的反变星；同时，考虑到厚度和形状的不均匀性、工件的不对称性、二次加工等因素，在热处理之前，应对齿轮的加工余量进行调整，以便有效控制齿轮热处理后表面质量的波动。
3.控制齿轮齿轮热处理变形的措施
一是在设计方面，应该重点考虑。在设计过程中我们应该改进设计。薄壁区在快速加热热处理时，由于受热不均匀，易产生较大的变形。根据实际情况进行改进设计，以保证热处理工艺的完整性。二是为了减少热处理工作量，热处理前的预加工已被一些厂家广泛采用。对于某些具有较稳定奥氏体的合金，加热时间对热处理效果有很大影响，因此选择合适的加工余量，可大大缩短合金的加热周期，提高其稳定性。三是注重对加工过程的检查，因为热处理后可以依靠有效的加工工艺进行有效的改进，以保证工件精度达到要求。
4.结语
在热处理过程中，必须明确影响热处理变形的主要因素，有效控制热处理过程，大大降低齿轮变形的可能性，确保齿轮工件的质量，对于提高企业的整体竞争力，促进后续企业的可持续发展具有积极的意义。总之，在热处理过程中，原料的选择、热处理工艺及加工质量都可能引起齿轮变形。为减少齿轮热处理变形问题，应科学选择齿轮，合理设计齿轮，合理选择热处理工艺，以提高加工质量。
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文章来源：材料热处理学报 网址: http://clrclxb.400nongye.com/lunwen/itemid-51096.shtml
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