汽车同步器齿轮淬火变形问题分析

某公司生产的同步器齿轮由20CrMnTi碳氮共渗淬火而成，由于淬火后变形较大，尤其是椭圆度超差在诸多变形中最为严重。其中两个产品170F01齿套椭圆度超差占总数的30%，7A五齿套椭圆度超差的占总数的20%左右。为解决椭圆度超差不得不采用压淬处理，浪费大量的人力、物力。为解决淬火后椭圆度超差变形问题，我们对产生变形的原因从原材料、热处理工艺、设备情况几方面进行了分析。

1.对原材料检验

（1）项目包括化学成分、硬度、低倍组织、带状组织、晶粒度、非金属夹杂物等各项。检验结果表明：化学成分、硬度、低倍组织、非金属夹杂物都在国标和图样要求的合格范围。而带状组织比较严重，已经达到3级，晶粒如图1所示有混晶现象（图样要求不大于2级，最好是1级或0级）。

（2）分析：严重的带状组织，是由成分的微观不均匀引起的，带状组织使材料产生各向异性，使淬火变形增大。混晶也是一种组织不均匀现象，其成因同样与偏析有关，对变形影响也很大，此二项必须严格控制，级别越小越好。

2.重新验证

对热处理工艺的合理性进行了重新验证，发现有些产品的渗层深度控制的不合理，如7A三四档（见图2a）及五档齿套（见图2b）渗层要求0.4~0.7mm，结果实际深度平均值达到0.6~0.8mm。其原因是渗碳时间过长，原工艺为860℃X220min，强渗；860℃X70min，扩散，然后将温度降低到815℃X30min，淬火。

分析：经过大量的试验及理论分析后得知，强渗及扩散温度合适，而强渗时间过长，导致渗层深度过深。

由于齿套的有效厚度只有2.5mm左右，而原来渗层单边0.8mm，两边加起来就是1.6mm，几乎就要淬透，整个截面硬度很高，热处理应力很大，从而使淬火变形增大，最终使椭圆变形超差。

3.热处理设备情况

（1）淬火油内的残渣及氧化皮和污泥由于长期没有清理，导致大量存在，这些残渣一般沉到底部，会降低淬火油的流动性，造成淬火时各部位冷却不均，增大淬火变形。

（2）测量炉内温度的准确度和不均匀性。1号淬火加热炉：实际温度877℃，设定温度860℃，实际温度比设定及显示温度高了17℃。

4.改进措施

（1）严格控制原材料带状组织级别，要达到≤2级。经过严格控制，现在的带状组织如图3所示。

（2）把7A一二档齿套强渗时间减到200min，三四档及五档齿套强渗时间减到180min，经过多炉的试验结果7A一二档齿套渗层平均为0.65~0.9mm（要求0.6~0.9mm）和三四档及五档齿套0.46~0.65mm（要求0.4~0.7mm）。得到的渗层深度比较满意。

（3）对淬火油内的残渣及氧化皮和污泥进行了清理。

经过上面几方面的改进后，使热处理变形降低，数据如下：7A五档椭圆度变形超差率从30%降到18.2%，S170F01齿套从20%降低到7.1%。

5.结语

通过对原材料带状组织和晶粒度均匀性的控制、清理淬火油槽内的残渣，以及通过调整热处理工艺参数后得到合理的渗层深度，最后使淬火椭圆度超差率降低了10%~15%，减少了经济损失。