热整治及切削技艺在加碳材车体齿轮剩余应力的制约

来源：塑胶五金网发布时间：2014-11-05 15:47:11点击率：

　　磨削加工对于精度要求高的齿轮，热处理后需采用磨削加工以消除热处理变形。磨削作业会因两个方面的原因改变齿轮表面的应力状况：(1)磨削热造成表面的发热和冷却液的急冷将引入新的应力。(2)磨削热过高时，会造成表面过回火，回火马氏体组织进一步分解，比容变小，导致表面产生拉伸残余应力。因此，齿轮磨削加工时，不正确的磨削作业将可能导致在表面产生残余拉应力。

　　齿轮渗碳淬火后未冷至室温者(第1组)的表面残余压应力为225MPa，而正常冷至室温的齿轮(第2组)表面残余压应力为345MPa，明显比前者大。这主要是因为淬火时未冷至室温即回火的齿轮，表面残余奥氏体量较多，表面相变时体积膨胀较小，因而残余压应力较小。因此，汽车齿轮渗碳淬火后，必须冷至室温后再进行回火，以确保齿轮表面有较大的残余压应力。另外，如果齿轮正常渗碳淬火后再进行一次深冷处理，则可促使部分残余奥氏体进一步转变成马氏体，从而得到更大的表面残余压应力[1]。齿轮正常渗碳淬火后不回火者(第3组)，表面残余压应力为415MPa，高于上述回火后的应力值。这是因为回火过程中马氏体发生分解，析出碳化物，使马氏体的碳含量和正方度下降[2]，从而比容也变小，终导致表面残余压应力减小，但回火提高韧性和强度。

　　磨削加工对齿轮表面残余应力的影响磨削加工实际上是由相当于嵌有许多小刀具的砂轮进行的切削加工。这种由磨削所产生的齿轮加工变形层比一般切削更局限于表面，而且伴随有很大的发热。为考察磨削量和磨削状况的影响，取同一批渗碳淬火齿轮，分几组进行试验。试样1、试样2和试样3分别从未磨削齿轮、表面磨削深度0.10mm和磨削深度0.15mm的齿轮上切取。为了更进一步证实磨削工艺的影响，试样4取自磨削开裂的齿轮，残余应力测量结果。

　　渗碳热处理后表层的压应力显著。正确地施行磨削作业并不明显产生新的应力，但磨削量的大小直接影响到对表面高压应力层的保留程度。不恰当的磨削操作会强烈改变表层的应力分布。从磨削开裂之齿面的测量结果来看，表面由于砂轮的挤压和热的影响，压应力反而增大，而紧随着的次表层由于热的作用，产生过回火等因素，导致拉应力的产生，超过抗拉强度后便出现磨削开裂。这些磨削拉应力的产生对齿轮的使用性能带来不利的影响。

　　结论对齿轮终表面残余应力有较大。影响的因素主要是渗碳热处理工艺过程、磨削加工和强化喷丸处理。渗碳淬火冷却方式对汽车齿轮表面残余应力影响较大。必须确保齿轮淬火后完全冷至室温再进行回火，否则将导致齿轮表面残余压应力减小。渗碳淬火齿轮回火后，表面残余压应力有所下降，但齿轮的综合机械性能提高。渗碳热处理后高压应力处于表层，正确的磨削工艺虽不改变应力的分布状况，但磨削深度直接影响到高压应力层的保留程度，不正确的磨削作业会强烈改变热处理后的应力分布，拉应力的产生不仅容易导致磨削裂纹，也严重影响齿轮的使用性能。

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