01 實驗齒輪參數及熱處理工藝概述
實驗齒輪參數
該文選用了材質為20CrMnTiH的齒輪開展相關實驗，為研究提供實踐數據支持，這種材質的齒輪具有淬透性高的特征，在經過滲碳淬火熱處理后具有較優良的性能，選其作為實驗對象具有高度的代表性。文章所選用的齒輪的具體參數如下：模數1.191mm，左旋度25°，功法線16.41mm，圓直徑39.831mm，內徑16.017mm。結構呈對稱中空結構，內外直徑較大，中心缺乏腹板對整體結構進行支撐，齒輪壁較薄，在滲碳淬火熱處理過程中變形現象較為明顯。
齒輪熱處理工藝
文章選用齒輪的滲碳淬火熱處理工藝，主要實驗設備有長度為15m 的滲碳淬火爐及長度為8m 的回火爐。具體的滲碳淬火熱處理流程如下：首先將齒輪置于滲碳淬火爐中，在3h 內將溫度升至915～925℃。其次，使齒輪在這一溫度環境下滲碳淬火熱處理3h。再次，在0.5h內迅速將溫度降至855～865℃。最后，恒溫淬火處理50min。值得注意的是，在這一過程中，淬火液的溫度應保持在80℃。在完成這一工藝之后，將齒輪置于回火爐中，以155～165℃的溫度對齒輪進行回火處理2h，完成滲碳淬火熱處理工藝。
齒輪滲碳淬火熱處理變形情況
在實驗的過程中，文章對四只齒輪進行了傳統的滲碳淬火熱處理，之后通過測量發現這些齒輪在外徑及公法線上出現了不同程度的脹大變形，甚至有兩只齒輪出現了橢圓形變。
在經歷后續的滲碳淬火處理過程之后，原本脹大的外徑及公法線又出現了顯著的縮小現象，這種脹大繼而縮小的形變過程導致齒輪的最終形態發生了較大的變化，四只齒輪中端面的扭曲程度最大的達到了1.9mm，且其中有一只齒輪在滲碳淬火熱處理工藝完成之后存在氧化皮處理不凈的現象，只能作報廢處理。此外，原有滲碳淬火熱處理工藝中將齒輪各自平放的方式導致滲碳淬火過程中空氣流通不均勻，四只齒輪的厚薄程度出現了顯著的差異，變形現象十分明顯。
02 齒輪滲碳淬火熱處理工藝的改進對策
筆者以所進行的實驗及總結的相關經驗為基礎，通過以下幾個方法實現齒輪滲碳淬火熱處理工藝的改進：
改進齒輪滲碳淬火擺放方式
傳統平放式的擺放方式會導致齒輪由于自重而產生高溫蠕變，在滲碳淬火的過程中，筆者建議將齒輪以45°進行斜靠疊放，并在齒輪上方用隔板進行遮蓋處理，以避免齒輪在滲碳淬火完成后直接接觸冷空氣而出現冷縮變形。此外，在滲碳工藝完成后，應在淬火的過程中將齒輪的上下端面反向擺放，從而在一定程度上減少錐度形變的出現。
改進齒輪鍛坯質量平衡程度
由于齒輪的鍛造工藝存在一定的復雜性，因此齒輪的鍛坯常常容易出現硬度差異大、質量不平衡的不良現象。這種現象的存在會導致齒輪滲碳淬火熱處理過程中的變形難以得到有效控制。在齒輪鍛坯加工的過程中，必須對以下幾個加工環節予以關注：
其一，在鍛坯下料時應保障鍛坯材料晶粒度及化學成分的合理性；
其二，應將齒輪鍛坯的淬透性寬度控制在合理的范圍內；
其三，應盡可能地對齒輪進行正火處理，從而保障齒輪結構的穩定性，實現對熱處理變形的有效控制。
改進齒坯預備熱處理工藝
齒輪鍛坯熱處理工藝的優化能在很大程度上提高齒輪在滲碳淬火熱處理過程中的變形對抗能力。這是由于齒輪鍛坯預備熱處理工藝的應用能有效地降低齒輪的形變能力及鍛造應力，從而有效避免滲碳淬火熱處理過程中可能出現的齒輪切齒重新分布應力而導致的形變現象。此外，齒輪鍛坯預備熱處理還能使齒輪中的不良組織得到細化、均勻處理，由此減少齒輪結構中的脆弱部分，降低形變現象發生的可能性。在齒輪加工的過程中必須改進預備熱處理工藝，確保其積極作用得到充分發揮。
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