齿轮芯部硬度与变形量的关系

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-26 11:08:18

   前些时候，我司产品开发工程师不知道在那个网站下载了一篇文章，说对于齿轮热处理，当其芯部硬度高于40HRC时，其变形量明显加剧。

   建议就此话题展开交流、讨论：

   1. 齿轮的热处理变形量真的与其芯部硬度有关吗？为什么？
   2. 这种关系是必然的内在关系？还是一种虚假的表象？

wanggong · 发表于 2012-12-26 11:14:22

肯定不是"因为所以"的关系,可能两种不同的现象(都不是原因,是结果)有关连性.

dqy · 发表于 2012-12-26 11:19:41

提供一个遇见的现象

对于渗碳的产品，心部硬度高，常出现胀缩量异常

dhzhou888 · 发表于 2012-12-26 11:41:14

有国外文献列出了影响热处理畸变的26种因素、77个因子，这应该是事实。国内某企业因为打印记就引起工件变形的实例。由此可见，要从微观的角度一一对应所有的影响因素是何等困难。
减少畸变的方法之一是齿轮毛坯的预备热处理尽可能采用等温正火，或能达到组织和硬度均匀的其他热处理工艺。

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-26 11:48:27

wanggong 发表于 2012-12-26 11:14

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肯定不是"因为所以"的关系,可能两种不同的现象(都不是原因,是结果)有关连性. ...

我以为“芯部硬度高”与“变形量加剧”，不是“因为芯部硬度高”，“所以变形量加剧”这么一个简单的因果联系

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-26 11:49:15

dqy 发表于 2012-12-26 11:19

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提供一个遇见的现象

对于渗碳的产品，心部硬度高，常出现胀缩量异常

那“芯部硬度高”又是为哪般呢？

aaron01 · 发表于 2012-12-26 12:58:44

本帖最后由 aaron01 于 2012-12-26 14:45 编辑

心部硬度高，无非是外因和内因：
内因自然是材料淬透性好，或者是异常。
外因是冷却速度快。

所以因为 · 发表于 2012-12-26 13:18:24

wanggong 发表于 2012-12-26 11:14

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肯定不是"因为所以"的关系,可能两种不同的现象(都不是原因,是结果)有关连性. ...

之“所以”芯部硬度高，是“因为”冷却相对激烈。
“因为”冷却相对激烈，“所以”变形明显加剧。
我不懂齿轮热处理，乱说不要怪

aaron01 · 发表于 2012-12-26 13:23:41

所以因为发表于 2012-12-26 13:18

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之“所以”芯部硬度高，是“因为”冷却相对激烈。
“因为”冷却相对激烈，“所以”变形明显加剧。
我不懂 ...

沈工是从外因角度来解释，如果从内因的话，应该是：
之“所以”芯部硬度高，是“因为”材料淬透性好，心部马氏体转变量大。
“因为”心部马氏体转变量大，“所以”变形明显加剧。

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-26 14:43:19

本帖最后由孤鸿踏雪于 2012-12-26 14:44 编辑

aaron01 发表于 2012-12-26 12:58

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心部硬度高，无非是外因和内因：
内因自然低材料淬透性好，或者是异常。
外因是冷却速度快。 ...

   "内因自然低材料淬透性好，或者是异常。"
   什么异常？

   “外因是冷却速度快”。
   除了“冷却速度快”之外，是否还有其它外因？

aaron01 · 发表于 2012-12-26 14:49:43

孤鸿踏雪发表于 2012-12-26 14:43

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"内因自然低材料淬透性好，或者是异常。"
什么异常？

内因的异常可以有局部的合金元素成分偏析造成的混晶。
外因的话，应该也有很多，比如油里混水、淬火温度过高等。
凡是能够使心部比正常情况下获得更多马氏体量的因素，都称为异常因素。

沧海一声笑 · 发表于 2012-12-26 18:24:20

只要产品的结构合理，那么心部硬度高了以后不一定都会变形加大！我司用21NiCrMo5H材质处理的渗碳淬火齿轮，心部硬度在40-45HRC之间，但是由于结构简单其变形量（平面度)可以控制在0.10mm之内!

霜月 · 发表于 2012-12-26 20:26:39

心部硬度的高低确实影响齿轮的变形量，但并不是芯部硬度高于40HRC时，其变形量就明显加剧，单就齿轮内孔来说，我这里就遇到两起极端的实例，一是盆齿渗碳淬火后心部硬度达到47HRC，内孔热后收缩0.8mm左右，正常情况下该产品内孔热后会胀大0.2mm左右；另一种是变速箱盘齿，渗碳淬火后心部硬度30HRC，内孔热后胀大0.4mm，正常情况下该产品内孔是收缩约0.1mm左右。

潇潇暮雨 · 发表于 2012-12-27 11:23:30

实际上齿轮的芯部硬度高有多种情况（原因）：
1. 齿轮的模数较小，
2. 选择的材料含碳量较高，同时淬透性良好；
3. 采用了较高的淬火温度和较为激烈的淬火冷却方法

如果材料本身的含碳量较高，淬透性又比较好，即使选择了较低的淬火温度和较为温和的冷却方式，其渗碳淬火后的芯部硬度可能依然居高不下，在这种情况下它的变形量，与含碳量正常较低、淬透性较差而采用较高的淬火温度和激烈的冷却方式所获得的较低芯部硬度，其变形量如何比较？

落水残阳 · 发表于 2012-12-27 12:33:16

本帖最后由落水残阳于 2012-12-27 12:35 编辑

残阳不懂齿轮热处理，所以先相信“文献”里的说法，来解释一下：
1）40HRC的数值分界，只对其所研究的材料有意义，不同的材料，这个40HRC会发生变化，粗略的猜测：碳当量越大，这个数值分界越低，碳当量越小，这个数值分界越高。【这个猜测未必对，也许就是在40HRC附近，此处的马氏体转变量必然会达到一个比例，使奥氏体和铁素体被挤压到极限】
2）心部硬度与变形量的影响过程：无论从冷却还是淬透性来讲，心部后发生马氏体相变。马氏体转变的越多，硬度自然越高。在马氏体转变量未达到一个数值（此数值对应硬度界限值，如HRC40）时，心部的铁素体、奥氏体可以利用塑性变形缓冲掉马氏体转变所带来的体积膨胀。当转变量高于界限值时，心部的塑性相不足以缓冲掉体积膨胀所带来的空间压缩，这种体积膨胀将影响到表面，从而使宏观上的变形量产生变化。
3）残阳猜测，无论转变多少，变形量总是有的，只是如果画出一条变形量与心部硬度的曲线，在文献作者所研究的材料来看，HRC40处的斜率很大，貌似韧脆转变温度曲线那样，所以其以HRC40来定义这个硬度界限值。
嘿嘿，有时候觉得猜的也很糊弄人呢。猜错勿怪。

沈工和严工一个说外因，一个说内因，也可以看成一个说热应力，一个说组织应力。

随风飘飘 · 发表于 2012-12-27 15:39:33

渗碳工件的淬火变形规律可以用相同的方法分析。渗碳件的淬火温度通常为800～820℃，淬火时渗碳层的高碳奥氏体从淬火温度冷却至Ms点温度区间内将发生明显的热收缩；而同时心部低碳奥氏体转变为铁素体和珠光体、低碳贝氏体或低碳马氏体。不论转变为何种组织，心部都因组织比体积的增大而发生体积膨胀，结果在渗碳层与心部产生较大的内应力。一般来说，未淬透的情况下，由于心部的相变产物为屈服强度较低的铁素体和珠光体，因而心部在渗碳层热收缩的压缩应力作用下，沿主导应力方向产生收缩变形；当心部的相变产物为强度较高的低碳贝氏体和低碳马氏体时。表层高碳奥氏体则在心部胀应力作用下产生塑性变形，结果沿主导应力方向而胀大。

随风飘飘 · 发表于 2012-12-27 15:41:22

本帖最后由随风飘飘于 2012-12-27 15:52 编辑

随着渗碳钢碳含量和合金元素含量的增加，渗碳件淬火后心部硬度升高，主导应力方向胀大倾向增大。图3-15为渗碳工件主导应力方向的变形率随心部硬度的变化曲线。当心部硬度为28～32HRC时，渗碳工件的淬火变形很小。随着心部硬度的升高，胀大变形倾向增大。很明显，提高淬火加热温度，选用剧烈的淬火冷却介质，提高渗碳钢的淬透性等凡导致渗碳工件心部硬度升高的因素，都会增大渗碳工件沿主导应力方向的胀大倾向。
20CrMnTi钢和20CrMo钢制造的七种花键孔齿轮经过碳氮共渗淬火回火后的变形规律，发现花键孔产生了收缩变形，收缩的大小与心部硬度和钢的碳含量有关，碳含量偏下限的收缩变形量较小，心部硬度超过40HRC时，变形量显著增大。

随风飘飘 · 发表于 2012-12-27 15:50:50

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-27 15:57:13

随风飘飘发表于 2012-12-27 15:50

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请问，这个图片来自那个文献，能否提供以下它的文献索引？是不是金荣植先生的《齿轮热处理实用技术500问》

dqy · 发表于 2012-12-27 16:19:56

霜月发表于 2012-12-26 20:26

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心部硬度的高低确实影响齿轮的变形量，但并不是芯部硬度高于40HRC时，其变形量就明显加剧，单就齿轮内孔来 ...

想确认：
齿轮内孔一般的胀缩情况。

随风飘飘 · 发表于 2012-12-27 17:12:14

孤鸿踏雪发表于 2012-12-27 15:57

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请问，这个图片来自那个文献，能否提供以下它的文献索引？是不是金荣植先生的《齿轮热处理实用技 ...

回杨工，不是在金荣植先生的《齿轮热处理实用技术500问》里找的，我这是自己搜集的关于热处理变形的资料。

热处理变形.zip (4.85 MB, 下载次数: 79)

cnszgong · 发表于 2012-12-27 20:27:52

弱弱的问一下：能否通过控制渗碳零件热应力的释放（方向）来减小零件变形的程度呢？

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-12-28 09:27:59

cnszgong 发表于 2012-12-27 20:27

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弱弱的问一下：能否通过控制渗碳零件热应力的释放（方向）来减小零件变形的程度呢？ ...

如何控制，大师可以提出一个具体思路啊

sallyeyey · 发表于 2013-1-1 12:13:29

心部硬度的高低一定程度上代表着淬透性的高低，我们若是给一个假设，即条件，在同样的工艺、设备和辅助条件下，对于同种材料加工的同种零件，热处理后心部硬度高，也就是说其淬透性高，淬透性高会导致变形偏大，不知道这样理解对不对、请杨工指教。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-1-1 15:18:36

sallyeyey 发表于 2013-1-1 12:13

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心部硬度的高低一定程度上代表着淬透性的高低，我们若是给一个假设，即条件，在同样的工艺、设备和辅助条件 ...

老朋友来了，有失远迎啊，就在这里先表示我的热情拥抱

sallyeyey · 发表于 2013-1-2 20:41:45

孤鸿踏雪发表于 2013-1-1 15:18

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老朋友来了，有失远迎啊，就在这里先表示我的热情拥抱

多谢杨工我相信杨工愿意支持的论坛应该是值得关注的

aaron01 · 发表于 2013-5-1 11:10:39

最近就在研究这个问题，起因是某低碳钢冲压件，热处理后齿径变化时大时小，对比心部硬度和心部组织情况，初步发现收缩厉害的零件（0.30mm)比正常零件（小于0.10mm），心部硬度要高，铁素体量很少，几乎看不到，看上去不象是20钢的心部组织了！
我的想法是对于这些高淬透性材料，是否可调整淬火工艺，降低其心部硬度，没准变形也就控制住了！

吉祥如意 · 发表于 2013-5-1 11:16:18

aaron01 发表于 2013-5-1 11:10

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最近就在研究这个问题，起因是某低碳钢冲压件，热处理后齿径变化时大时小，对比心部硬度和心部组织情况，初 ...

此件是否经过渗碳淬火处理？

dqy · 发表于 2013-5-1 11:18:04

这个想法应该可行，心部硬度与变形量有关系，期待实验结果。

aaron01 · 发表于 2013-5-1 11:25:24

吉祥如意发表于 2013-5-1 11:16

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此件是否经过渗碳淬火处理？

是的，渗碳淬火后的。

吉祥如意 · 发表于 2013-5-1 12:23:22

aaron01 发表于 2013-5-1 11:10

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最近就在研究这个问题，起因是某低碳钢冲压件，热处理后齿径变化时大时小，对比心部硬度和心部组织情况，初 ...

一般的规律是：
对于渗碳钢而言，含碳量越高，其淬透性越高，心部硬度亦越高，伴随内孔的收缩也越大。
但是，采用降低心部硬度的办法，解决变形问题，是非常有限的。因为，渗碳齿轮早期失效，特别是后桥锥齿轮疲劳剥落失效中，有一个很重要的原因是心部硬度偏低。
盼望铁匠能很好解决这个矛盾。

沧海一声笑 · 发表于 2013-5-1 16:09:31

吉祥如意发表于 2013-5-1 12:23

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一般的规律是：
对于渗碳钢而言，含碳量越高，其淬透性越高，心部硬度亦越高，伴随内孔的收缩也越大。
但 ...

这样就出现了相互矛盾的问题，即要提高渗碳齿轮的心部强度问题，又要考虑齿轮的变形问题，那么综合这两个方面的因素，能不能够把材料的淬透性值控制在既保证一定的心部硬度，又能是变形量降到最低呢？我的综合经验是大模数齿轮材料J15值在36---40HRC之间可以使这两个因素都可以得到很好的解决，当然这也要考虑不同的材质以及结构不同而有所区别！！

吉祥如意 · 发表于 2013-5-1 16:30:05

沧海一声笑发表于 2013-5-1 16:09

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这样就出现了相互矛盾的问题，即要提高渗碳齿轮的心部强度问题，又要考虑齿轮的变形问题，那么综合这两个 ...

所以，保淬透性的问题应运而生。

吉祥如意 · 发表于 2013-5-1 17:40:17

aaron01 发表于 2013-5-1 11:10

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最近就在研究这个问题，起因是某低碳钢冲压件，热处理后齿径变化时大时小，对比心部硬度和心部组织情况，初 ...

铁匠的话，不无道理。
在生产实践中，其实可以通过心部硬度的变化，来估计工件的变形的情况。心部硬度的高低又反应出材质化学成分的波动。
这叫联锁反应。也叫铁匠不出门，便知天下事。

aaron01 · 发表于 2013-5-1 18:07:03

呵呵，我想做的是预测变形量，心部硬度和淬透性有关，拿到一个新的批次材料，查下端淬数据，可对应计算出心部硬度，事先准备ABC三套工艺，可针对不同淬透性材料，得到相同的心部硬度，从而得到相同的变形量！
这个比零件变形超差后做原因分析要好多了哦！

吉祥如意 · 发表于 2013-5-1 18:27:11

aaron01 发表于 2013-5-1 18:07

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呵呵，我想做的是预测变形量，心部硬度和淬透性有关，拿到一个新的批次材料，查下端淬数据，可对应计算出心 ...

娃娃就等着给铁匠加分了。
不入虎穴....。得个虎子。

吉祥如意 · 发表于 2013-5-16 13:10:50

aaron01 发表于 2013-5-1 18:07
呵呵，我想做的是预测变形量，心部硬度和淬透性有关，拿到一个新的批次材料，查下端淬数据，可对应计算出心 ...

铁匠的试验结果如何。娃娃的脖子都酸了。

aaron01 · 发表于 2013-5-16 13:12:09

吉祥如意发表于 2013-5-16 13:10
铁匠的试验结果如何。娃娃的脖子都酸了。

我在收集数据呢，打算连续收集一个月的生产数据，工作量很大，这个月应该能初步有个结果吧。

风景 · 发表于 2013-10-27 17:17:18

aaron01 发表于 2013-5-1 18:07
呵呵，我想做的是预测变形量，心部硬度和淬透性有关，拿到一个新的批次材料，查下端淬数据，可对应计算出心 ...

心部硬度主要是材料的淬透性决定的，在保证心部组织的情况下靠工艺改变影响心部硬度是很有限的

搬运工 · 发表于 2013-10-27 17:33:11

淬透性好的材料淬火后变形量大的说法是不能成立的。
我的这条发言与主题无关。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-10-28 08:25:47

搬运工发表于 2013-10-27 17:33
淬透性好的材料淬火后变形量大的说法是不能成立的。
我的这条发言与主题无关。 ...

搬运大哥找到新的证据了？

aaron01 · 发表于 2013-10-28 08:35:29

本帖最后由 aaron01 于 2013-10-28 08:40 编辑

铁匠再来理下因为所以吧：
1，变形来自于应力，
2，冷却时的应力是热应力和组织应力的叠加，热应力不受影响，组织应力受影响；
3，组织应力哪里来的？表面和心部马氏体转变时间差引起，淬透性如果越好，或者冷却越好，这个组织应力越大。
推导出的结论：如果零件淬火时的应力状况本来就是以组织应力为主导，那么心部马氏体量增加，意味着组织应力变大，对变形不利，

搬运工 · 发表于 2013-10-28 10:50:56

孤鸿踏雪发表于 2013-10-28 08:25
搬运大哥找到新的证据了？

无需新的证据。
淬透性好的材料淬火后变形量大的说法理论上是不能成立的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-10-28 10:59:09

搬运工发表于 2013-10-28 10:50
无需新的证据。
淬透性好的材料淬火后变形量大的说法理论上是不能成立的。
...

不是不成立，而是有一定的先决条件。

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