齿轮减速机齿轮淬火冷却中的质量问题分析

不管是渗碳淬火、碳氮共渗淬火、感应加热淬火还是整体加热淬火，齿轮淬火冷却过程可能出现的热处理质量问题主要有：①淬火态硬度不足，淬火态硬度不均，淬火硬化深度不够；②淬火后心部硬度过高；③淬火变形超差；④淬火开裂；⑤油淬后表面光亮度不够。现场出现的这类质量问题往往与齿轮的材质、前处理、淬火加热和淬火冷却有关。在排除材质、前处理和加热中的问题后，淬火冷却的作用就显得特别突出了
淬火冷却大多是在液体介质中进行的，如齿轮淬火用的通常是淬火油、水溶性淬火介质和自来水。因此，下面将首先分析齿轮淬火冷却可能出现的上述质量问题与所用淬火介质的特性和用法的关系，并指出解决不同问题所需淬火液的冷却速度分布特点。随后简单介绍常用淬火介质的冷却速度分布特点和选用时的注意事项。
1淬火冷却中的质量问题
1.1硬度不足与硬化深度不够
淬火冷却速度偏低是造成齿轮淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不够的原因。但是，根据实际淬火齿轮的材质、形状大小和热处理要求不同，又可以分为高温阶段冷速不足、中低温阶段冷速不足以及低温阶段冷速不足等不同情况。比如对于中小齿轮，淬火硬度不足往往是中高温阶段冷速不足所至，而模数大的齿轮要求较深淬硬层时，提高低温冷速就非常必要。
对于淬火用油，一般来说，油的蒸汽膜阶段短、中温冷速快且低温冷却速度大，往往能获得高而且均匀的淬火硬度和大的淬硬深度。
工件装挂方式对淬火冷却效果也有明显影响。淬火油流动通畅，并配备和使用好搅拌装置，才能得到更好的效果。
提高所用淬火介质的低温冷却速度，往往可以增大淬硬层深度。在渗层碳浓度分布相同的情况下，采用低温冷却速度更高的淬火油，往往能获得更深的淬火硬化层。因此，采用冷却速度快的淬火油后，相应缩短工件的渗碳时间，仍然能获得要求的淬火淬硬层深度。所要求的渗碳淬硬层深度越大，这种方法缩短渗碳时间的效果越明显。
1.2淬火后心部硬度过高
这类问题可能与所选介质冷速过快或介质的低温冷却速度过高有关。解决办法之一是改换淬火油来满足要求。办法之二是与淬火介质生产厂家联系，有针对地加入适当的添加剂来降低现有淬火油的中低温冷却速度。办法之三是改用淬透性更低的钢种。
1.3淬火变形问题
近，发表的关于淬火变形的文章，把引起变形的原因归结为淬火冷却速度不足和速度不均，并在此基础上提出了提高冷却速度并设法实现均匀冷却的解决方法，可供参考［1］。比如，齿轮的内花键孔变形，往往是所选的淬火油高温冷速不足，或者说油的蒸汽膜阶段过长的缘故。提高油的高温冷速并同时提高油在整个冷却过程的冷速，一般就能解决内花键孔的变形问题。对于中小齿轮，尤其是比较精密的齿轮，选好用好等温分级淬火油是控制变形必不可少的措施。
1.4齿轮的淬火开裂问题
这个问题主要出现在感应加热淬火中。选择好的水溶性淬火介质，比如国内外普遍采用的PAG类介质代换原来使用的自来水，问题便解决了。感应加热淬火采用PAG介质，可以获得高而且均匀的淬火硬度和深而且稳定的淬硬层，淬裂危险极小。
1.5光亮性问题
通常，光亮淬火油的光亮性好则冷却速度就不够高，而冷却速度很高的淬火油的光亮性则不够好。此外，热油的光亮性一般也较差。使用较久的油光亮性稍差，可以换新油或补加提高光亮性的添加剂。
2齿轮用淬火介质的选择
当前用于齿轮淬火的介质主要是各种淬火油、水溶性淬火介质和普通自来水。以下分别讨论这些介质在齿轮淬火中的选用方法和注意事项。