解放牌汽车变速箱齿轮热处理工艺设计

解放牌汽车变速箱齿轮热处理工艺设计内容摘要：

理 性。 c) 工厂生产条件及批量 确定热处理工艺时还应考虑工厂的现场特点、现有设备、生产批量等因素。 在保证技术要求和质量稳定的前提下，可选用周期作业炉、连续作业炉或设计新标准设备。 热处理工艺规程的拟定 a. 分析所有可能的热处理工艺方案，比较后选择其中保证工件高质量而有最经济的方案； b. 需要热处理的工件应按材料、形状、尺寸、重量和性能要求等选择合适的热处理工艺； c. 根据现场加热和冷却设备选择工件的加热和冷却方法； 12 d. 热处理工艺过程各工序顺序应力求优化，避免在工艺传递过程中的重复。 本课程设计任务 1. 根据所给零件，分 析服役条件和可能的失效形式； 2. 根据失效形式，确定零件的性能特点； 3. 根据性能特点，选择材料，分析含碳量及合金元素的作用； 4. 根据零件的材料，确定该零件的加工工艺路线以及热处理在加工工艺路线中的位置； 5. 拟定热处理工艺规程，画出热处理工艺曲线示意图；说明各热处理工艺曲线中加热温度、保温时间、冷却介质的选择理由，分析各热处理工艺后的力学性能； 6. 画出各热处理工艺后的金相组织示意图，分析显微组织特点，说明相组成物、组织组成物的名称。 7. 编写热处理工艺过程中的质量检测项目。 13 2．解放牌汽车变速箱齿轮的热处理 工艺设计 汽车变速齿轮的服役条件 齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。 其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。 是主要零件。 其服役条件如下： 1) 齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。 两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。 因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。 在齿根部位受到很大的弯曲应力作用； 2) 在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载； 3) 变速齿轮在换档时，端部受冲击，承受一定冲击力； 4) 在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。 汽车变速齿轮常 见的失效形式 根据其服役条件，常见的失效形式为： 1) 疲劳断裂 齿轮在交变应力和摩擦力的长期作用下，导致齿轮点面接疲劳 断裂。 其产生是由于当齿轮受到弯曲应力超过其持久极限就出现疲劳破坏而超过材料抗弯强度时，就造成断裂失效； 2) 表面损伤 a) 点蚀：是闭式齿轮传动中最常见的损坏形式，点蚀进一步发展，表现为蚀坑至断裂。 14 b) 硬化层剥落：由于硬化层以下的过渡区金属在高接触应力作用下产生塑性变形，使表面压应力降低，形成裂纹造成碳化层剥落； 3) 磨损失效 b) 摩擦磨损：汽车、拖拉机上变速齿轮属于主载荷齿轮，受力比较大，摩擦产生热量较大 ，齿面因软化而造成塑性变形，在齿轮运转时粘结而后又被撕裂，造成齿面摩擦磨损失效 b) 磨粒磨损：外来质点进入相互啮合的齿面间，使齿面产生机械擦伤和磨损，比正常磨损的速度来得更快。 另外，齿轮除上述失效形式外，还有在 换档 时，齿端相互撞击 ，而 造成的齿端磨损，或因换档过猛或过载造成断裂以及齿面塑性变形，崩角等失效形式。 汽车变速齿轮的性能要求 根据变速齿轮服役条件及失效形式，对齿轮的性能作如下要求： 1) 有较高的弯曲疲劳强度； 2) 表面有高的硬度和耐磨性； 3) 具有高接触疲劳抗力； 4) 足够的塑性和韧性； 5) 高的淬透性。 汽车变速齿轮的材料的选择 汽车变速齿轮属于重载荷齿轮，受力较大，且频繁受冲击，因此在耐磨性、疲劳强度、抗冲击能力等方面要求较高，为满足表面耐磨 15 性和整体强韧性的要求，一般选用渗碳钢，如 20Cr、 20CrMnTi,选用热处理为：渗碳。 汽车变速齿轮备选材料分析 对于 20Cr 1) 成分 C﹪＝ ～ ﹪ Si﹪＝ ～ ﹪ Mn﹪＝ ～ ﹪ Cr﹪＝ ～ ﹪ P﹪ ≤ ﹪ S﹪ ≤ ﹪ 临界点： Ac1＝ 760℃ Ac3＝ 830℃ 2) 性能特点 20Cr 是典型的低淬透性钢，但比相同含碳量的碳素钢的强度和淬透性都有明显提高，油淬后可得马氏体淬硬层为 Φ20～23，常用于制造截面尺寸小于 30 ㎜，形状简单，受力不大，变速档较高，负载不大的而耐磨渗碳零件。 20Cr 正火后硬度为 HB179～ 217，显微组织为均匀分布的片状珠光体和铁素体，经渗碳后淬火，回火，表面硬度达 56～ 62HRC，心部硬度达 35～ 45HRC。 σb≥ 835MPa， σS≥ 540MPa, δS≥ 10﹪ , ψ≥ 40﹪ , Ak≥ 47J。 对于 20CrMnTi 钢 1) 成分 C﹪ ＝ ～ ﹪ Si﹪＝ ～ ﹪ Mn﹪＝ ～ ﹪ Cr﹪ ＝ ～ ﹪ Ti﹪＝ ～ ﹪ S、 P﹪≤ ﹪ 临界点： Ac1＝ 750℃ Ac3＝ 835℃ 16 2) 主要性能 20CrMnTi 是典型的中淬透性钢，该钢由于 Cr、 Mn 多元复合合金化的作用，淬透性好，油淬临界直径为 40mm 左右。 渗碳后淬火回火具有较高耐磨性和抗弯强度以及高的强韧性，特别是良好的低温冲击韧性，钢的渗碳工艺性较好，晶粒长大倾向小，热处理工艺简单，但高温回火时有回火脆性倾向，渗碳后可直接淬火，变形比较小。 20CrMnTi 的热加工和冷加工性能较好，正火后硬度为HB180～ 230，相对切削性能好，并可获得光洁的表面。 一般可用于制造截面在 30mm 以下的承受高速、中速及重载荷以及冲击和摩擦的重要渗碳零件，如齿轮、齿轮圈、离合器轴、液压马达转子等。 由以上分析可得：解放牌汽车变速箱齿轮从服役条件、失效形式、性能综合考虑，故选用 20CrMnTi 作为汽车变速齿轮的材。