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生产现场

变速器中间齿轮轴热处理质量的改进

摘要：针对某机型汽车变速器用中间齿轮轴在可控气氛多用炉渗碳淬火过程中出现的IV挡轴齿齿形和齿向畸变问题进行了分析，确认碳淬火工艺参数的控制和中间齿轮轴的装炉方式是问题产生的主要原因，在此基础上采取了相应的优化和改进措施。结果表明：这些措施使得中间齿轮轴渗碳淬火和回火后的一次交检合格率得到了大幅提高，同时提升了单炉产能，有效降低了成本。

关键词：中间齿轮轴渗碳淬火畸变工装中图分类号：TG157文献标识码：B

■哈尔滨市东安汽车动力股份有限公司咸俊宝胡本洋哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司马静

1问题的提出

图1为某机型汽车变速器中间齿轮轴，其材料为20CrMoH钢。要求零件表面硬度(82±2)HRA、心部硬度(25~45)HRC、有效硬化层深(0.5~0.7)mm,

金相组织检验按HB5492—1991《航空钢制件渗碳、碳氮共渗金相组织检验标准》进行，中间齿轮轴轴向跳动及4个挡位轴齿齿形齿向畸变、周节累积合格。中间齿轮轴的加工工艺路线是：锻造→等温正火→粗、精机加工→渗碳淬火、回火→清理抛丸→自动校直→精磨轴径→装机使用。中间齿轮轴在试生产过程中，零件渗碳淬火后齿部畸变大，主要集中在中间齿轮轴IV挡轴齿齿形齿向畸变、周节累积超差严重及齿顶磕伤，不合格率高达10%~15%,甚至产生了1%~2%的废品。因此，控制中间齿轮轴齿形齿向畸变、周节累积超差、齿顶磕伤，降低废品率是进入大

批量生产的关键。

图1某机型变速器中间齿轮轴

2原热处理工艺

中间齿轮轴零件采用爱协林VKES4/ⅡI型可控气氛多用炉加热渗碳淬火和低温回火。改进前的工艺曲线见图2,渗碳温度为(920±10)℃,淬火温度为 (840±10)℃,淬火介质为好富顿MT355分级淬火油(油温100℃)。零件采用图3所示的工装IV挡齿接触工装垂直装炉方式。表1为改进工艺参数前、后

2012年11H共上t十业AToN

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时间/min

图2中间齿轮轴渗碳淬回火工艺曲线

生产的中间齿轮轴的质量检测数据，由表1可见，改进前中间齿轮轴部分零件齿形畸变量和齿向畸变量超差严重。

3渗碳淬火畸变原因分析

中间齿轮轴在渗碳淬火、回火、抛丸、自动校直后进行标准轮啮合齿形、齿向测量结果表明：各轴颈的轴向跳动量都在设计图纸规定的合格范围内，这说

图3改进前的热处理工装料架

表1热处理工艺改进前、后中间齿轮轴的质量对比数据

工艺

有效硬化层深/mm

渗碳表面组织心部组织

表面硬度(HRA)

心部硬度(HRC)

齿型畸变量/mm

齿向畸变量/mm

技术要求0.4～0.60.5～0.7

原工艺0.56～0.58改进工艺0.49～0.53

高碳马氏体+碳化

物+残余奥氏体高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体

高碳马氏体+碳化

低碳马氏体+

少量游离铁素体低碳马氏体+

少量游离铁素体低碳马氏体+

82±230～43≤0.016≤0.01881.0～83.037～41.50.014～0.0480.013～0.052

80.5～83.034～370.011～0.0150.006～0.017

物+少量残余奥氏体少量游离铁素体

明渗碳淬火工艺控制及工装使用是影响中间齿轮轴IV挡轴齿齿形、齿向畸变的主要原因1。

中间齿轮轴渗碳淬火后齿部不再进行精加工，各挡位轴齿齿形畸变量和齿向畸变量检测合格后直接装机。中间齿轮轴渗碳淬火后的齿形畸变量和齿向畸变量决定了中间齿轮轴的精度。中间齿轮轴渗碳淬、回火后IV挡轴齿齿形和齿向的畸变量主要取决于渗碳淬火前轴齿的加工精度、渗碳淬火工艺的控制和采用的耐热钢工装结构，中间齿轮轴渗碳淬火畸变是渗碳淬火过程中淬火应力和装炉方式共同作用的结果。淬火应力分为热应力和组织应力，这

两种应力在淬火冷却过程中同时存在，淬火应力为二者叠加的结果2。

4改进措施