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提高m10 以上40Cr 齿轮淬火硬度
Nov 16, 2012  来源:  作者:齐齐哈尔第二机床集团 郑跃 樊金花

      近几年,企业努力适应市场变化,积极开发重型数控立卧车产品,取得了较大的市场份额。目前,立卧车产品已经成为企业三大主力产品之一,年销售收入占企业年销售收入的三分之一左右。

 

      在立卧车生产试制过程中,由于新产品大多是模数为10 以上的齿轮,执行工艺后,硬度经常达不到要求,返修和回用时常发生,影响了产品质量,延长了生产周期,提高了生产成本。对此我们进行了详细的分析,并找到了解决办法。

 

      1. 原因分析

 

      钢的淬火硬度取决于工件的材质、工件尺寸和淬火冷却介质,模数10 以上40Cr 齿轮淬火硬度不足的原因有以下几点。

 

       ( 1) 工件材质和尺寸淬透性好的钢,淬火冷却过程中过冷奥氏体在高温不易发生珠光体转变,容易得到淬火马氏体,达到所要求的高硬度。反之,淬透性不好的钢在淬火冷却过程中,过冷奥氏体在高温易发生珠光体转变,得到珠光体、索氏体或贝氏体,达不到所要求的高硬度。工件的有效厚度也是制约淬火得到高硬度的原因之一。当工件有效厚度( 或有效直径) 增大时,工件淬火的冷却速度相应降低,达不到临界冷却速度,工件淬火硬度降低,这就是工件的"质量效应"。

 

      40Cr 钢是较廉价的材料,被广泛用于机床制造,淬透性不高,厚度薄的工件容易满足淬火硬度要求;厚度增大时,由于"质量效应",硬度往往达不到工艺要求。这也是模数10 以上齿轮淬火硬度不足的主要原因。

 

       ( 2) 淬火冷却速度淬火冷却介质的冷却能力是影响工件淬火硬度的重要因素,能否淬火得到高硬度主要取决于淬火冷却介质的冷却能力。按冷却能力高低排序,依次为: 水≥油≥空气。为了保证淬火变形小和不开裂,一般选择油作为40Cr 齿轮的淬火冷却介质。当薄的40Cr 工件淬火时,能够满足硬度和变形要求,还大大减小了开裂倾向; 当厚度较大的工件淬火时,冷却速度相应降低,工件淬火后硬度达不到工艺要求。如果提高淬火冷却速度,也能提高模数10 以上齿轮淬火硬度。

 

      2. 改进措施

 

      更换材质将大幅增加齿轮的生产成本,因此,提高淬火冷却介质的冷却速度是比较好的解决方法。

 

      AQ251 是新型水基淬火冷却介质,在我厂的大件处理和高频感应淬火上已应用多年,反响良好。其冷却速度介于水和油之间,且可以通过改变溶液的浓度进行调整。不同浓度的AQ251 冷却速度如附图所示。

 

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      我企业决定用一定浓度的AQ251 溶液对模数10以上的齿轮进行淬火试验,以期达到工艺所要求的硬度。为找到合适的溶液浓度,设计了3 套试验方案,如表1 所示

 

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      3. 方案实施效果

 

      根据生产情况,随机对现场的工件进行了不同方案的淬火试验,试验结果如表2 所示。

 

7

 

      通过比较3 种不同浓度AQ251 溶液淬火试验,可以看出,经浓度为10% 的AQ251 溶液淬火后,模数10 以上的齿轮硬度、变形及开裂情况都符合要求,确定10%的AQ251 溶液为最终改进方案。

 

      4. 工艺验证

 

      2010 年一季度共进行35 批次117 件淬火试验,效果较好,除1 件m12 齿轮因淬火介质温度高而返修外,其余产品均硬度合格,无变形、开裂情况。

 

      5. 结语

 

      2009 年共完成m10 以上40Cr 齿轮713 件,因硬度低、变形或开裂的情况导致6 件废品,回用39 件。通过本次技术改革,2010 年共完成M10 以上40Cr 齿轮434 件,因变形导致1 件废品,回用2 件( 含碳量低) ,技术改革效果较好。

 

      可见,为满足M10 以上40Cr 齿轮的淬火高硬度要求,合理选择淬火冷却介质尤为重要。

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