变速箱齿轮的热处理工艺的设计

一，变速箱齿轮的材料选择：

1.选材原则:零件和材料的选择应根据零件的使用性能要求、加工工艺性能和经济成本要求:

1)使用性能要求:使用性能是指零件在正常使用时材料应具备的性能，是保证零件安全、可靠、耐用的必要条件。在选择材料时，首先要根据零件的工况和失效形式正确判断所需的使用性能，然后根据主要的使用性能指标选择合适的材料。

变速箱齿轮位于汽车传动部分，用于传递扭矩和动力以及调节速度。其工作条件、失效形式和所需的机械性能如下:

通过综合分析变速箱齿轮/的工作条件和失效形式，并根据零件的几何尺寸和使用寿命要求，可以确定零件的主要力学性能。

2)加工工艺性能要求:

变速箱齿轮常用的加工路线有:

下料→锻造→正火→粗、半精切削→渗碳→淬火、低温回火→抛丸→花键加工→端面磨削→磨齿→终检。

根据上述工艺要求，变速箱齿轮的工艺性能要求如下:

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3)选材时也要充分考虑经济性:

在保证使用性能的前提下，尽量选用价格低、货源充足、加工方便、总成本低的材料。

2.选材:根据以上使用性能、加工工艺、加工成本的综合要求，基本可以认定为低C%合金结构钢:即我们常用的合金渗碳钢。目前国内汽车厂商常用的金属材料来看，20CrMnTi多用于汽车变速箱齿轮。

二.热处理工艺的位置和热处理工艺的选择:

热处理是机械制造中的一个重要过程。变速箱齿轮热处理工艺位置、热处理工艺的正确选择和安排对零件的质量和切削性能起着至关重要的作用。根据热处理的目的和工艺位置的不同，热处理分为初步热处理和最终热处理。

1.初步热处理的工序位置和热处理工艺的选择；

为了消除锻造变速箱齿轮坯料的内应力，细化晶粒尺寸，使显微组织均匀化，改善可加工性，使显微组织做好淬火准备，一般可采用退火或正火作为锻造后和切削前的初步热处理。由于变速箱齿轮尺寸小、厚度均匀，在正火和退火均可使用的前提下，为了提高工作效率，应采用正火作为初步热处理。

2.最终热处理的工艺位置:

最终热处理包括各种淬火、回火、表面热处理等。最终热处理后，可以获得所需的机械性能:由于零件硬度较高，除磨削外，不适合其他形式的切削，因此最终热处理安排在半精加工后，磨削前。

3.最终热处理工艺方法的选择:

根据变速箱齿轮的工作条件和失效形式，对变速箱齿轮的技术要求如下:

齿根σ b > 1000mpa，AK > 60J/cm2；

牙齿表面硬度为58 ~ 64 HRC，核心硬度为30 ~ 42 HRC。

根据上述技术条件，变速箱齿轮材料:20CrMnTi采用如下最终热处理工艺:先渗碳，以增加表面含碳量，保持芯部低碳含量，保持芯部高强度和冲击韧性；渗碳后，进行淬火和低温回火，使齿轮齿的表面硬度达到高硬度的要求，而齿芯仍保持低硬度。

三.热处理工艺特性对齿轮质量和使用寿命的影响；

正确分析和理解热处理性能指标，对保证零件质量，满足使用性能要求，延长零件使用寿命具有重要意义。主要热处理工艺性能指标和要求如下:

1.淬透性:

淬透性的波动范围直接影响齿轮的产品质量。如果淬透性太低，渗碳淬火后，齿轮中心的硬度低于技术条件规定的值，在疲劳试验过程中齿轮的疲劳寿命降低。如果淬透性过高，渗碳淬火后内孔收缩量会过大，影响齿轮装配。

由于淬透性对齿心的硬度和变形有很大的影响，GB5216-85规定制造齿轮用的20CrMnTi的淬透性指数从水冷端起为30 ~ 42 HRC。

2.变形和开裂趋势:

齿轮淬火时，由于加热或冷却速度过快，加热或冷却不均匀可能导致工件变形甚至开裂。因此，在设计齿轮时，应尽量避免尖角或厚度截面的突然变化。淬火时，尽量选择冷却速度较慢的专用淬火油进行淬火。通过上述方法可以减少变形和开裂倾向。

3.硬化能力:

是指在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度的速度形成的硬化能力钢的马氏体组织所能达到的最高硬度。硬化能力主要取决于钢中的碳含量。碳含量越高，淬火后硬度越高。变速箱齿轮渗碳可以使齿轮表面具有较高的含碳量，淬火可以使齿轮表面具有58 ~ 64 HRC的硬度，从而满足齿轮表面高硬度、高耐磨性的特点，保证齿轮齿面具有足够的使用寿命而不点蚀和磨损。

还有其他影响热处理性能的因素，如回火稳定性、过热敏感性、回火脆性和钢的尺寸稳定性等。只有妥善处理上述因素对热处理的影响，才能保证变速箱齿轮的正常使用，进一步提高变速箱齿轮的质量和使用寿命。

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