齿轮热处理在加热过程中的畸变原因与控制措施

       通常把对工件的热处理畸变的控制集中在“淬火畸变”上，其原因是认为淬火冷却在瞬时发生急剧的温度降低和组织转变，伴随很大的体积膨胀和应力产生；而加热过程则缓慢得多，并且随着温度升高，金属材料内部各种应力也随之释放。再加上加热中的工件处于中间工序，其畸变也无法测量，因此对加热过程的畸变知之甚少，容易忽略。

       事实上，在加热过程中，不仅由于热应力引起畸变，而且，释放内应力本身也会引起畸变。在要求获得高精度齿轮产品的制作过程中，齿轮热处理在加热过程中的畸变也应该引起重视。

       齿轮在切齿加工过程中，由于刀具对金属挤压产生塑性变形而发生加工硬化，并同时产生残余应力。通常认为，加工后齿轮的去应力退火，可以消除残余应力并因此也就消除了引起畸变的力学条件。但是，试验表明，在650℃的去应力退火过程中，伴随扭曲晶格的回复和内应力的释放，结果是“消除了应力，留下了畸变”。齿轮毛坯通常都采用正火处理，在加热过程中，正火组织在向奥氏体转变时，由于铁素体+珠光体与奥氏体组织的比容不同，因此，如果齿轮毛坯正火处理的原始组织不均匀，则在加热过程中，会因其转变的速度不同引起不均匀的体积变化，从而导致畸变。另外，齿轮在加热中，由于受结构形状、装夹、摆放及装炉量等因素的影响，齿轮受热是不均匀的，尤其在925～950℃的高温渗碳温度下，一些部位会主要受辐射加热，而另一些部位则主要靠对流加热，由于辐射加热比对流加热的升温速度快得多，因此，就会在齿轮工件各部位之间形成较大的温差而产生热应力。

       如何控制齿轮加热过程中的畸变？

       一、齿轮毛坯等温正火。齿轮毛坯在普通正火后组织和硬度的散差较大，采用等温正火首先可以改善组织和硬度的均匀性，并同时还可减小由于加工应力不均匀性引起的畸变。近年来，齿轮毛坯等温正火的应用对我国齿轮热处理畸变的控制起到很好的作用。

       二、预热、阶梯升温加热。其目的一方面是让工件的表里及各部位的温度更均匀，同时减小与目标温度的温差；最根本的是减小工件各部位的温差。基于预热的效果，美国关于《钢的热处理工艺》的军用标准规定：已完成最后加工零件，在加热到740℃之前，应在540℃或650℃预热。

       三、去应力退火后进行渗碳等高温热处理。相当于将原来直接在高温下加热的工件分成两段加热，第一段在远低于渗碳温度下进行，由于加热温度低，热应力小，同时，加热速度低，温度梯度也小，这既有利于减小热应力，也有利于加工应力释放和扭曲晶格回复缓慢进行；然后进行渗碳等高温热处理。因此，最好是工件去应力退火后随即放入高温渗碳炉，这样才能得到最好的效果。在生产中，可采用现有的回火炉来进行这一操作。