滲碳齒輪如何有效選用淬火油

目前困擾國內滲碳淬火齒輪的主要問題是變形問題，它是一個系統性的畸變工程，有專家稱其為世界性的難題。但其實就是如何有效控制齒輪“均勻性”的問題，如原材料淬透性帶、鍛造流線對稱性、原始組織均勻性、加熱及冷卻均勻性等等。

國內絕大多數滲碳淬火齒輪采用淬火油進行淬火冷卻，油跟水一樣都存在物態變化，存在物態變化的介質在蒸汽膜到沸騰階段的轉變過程中都存在很大的“不確定性”，即使是在相同的條件下，破膜的時間、位置具有相當大的隨機性。正是淬火油這種破膜的“不確定性”導致淬火冷卻的不均勻性，這是齒輪淬火變形可控性變差的重要原因之一。相對于氣淬和鹽浴，油淬的變形大，同時規律性很差，產品的變形控制難度較大。因此，控制滲碳齒輪的淬火變形需要充分了解油品的冷卻性能，實現精確的淬火冷卻控制。

簡單的講，油品選擇的基本原則是：在保證有效硬化層的前提下，盡量降低淬火應力，以減小變形及開裂的風險。但并不是說油品冷速越慢，齒輪變形就越小，而是要根據齒輪的形狀、大小選擇冷卻性能分布合理的淬火油，以協調淬火過程的熱應力和組織應力。

以變截面齒輪為例，相對于對稱結構的齒輪來說，這種復雜結構引起的變形更為突出，如半軸齒輪內花鍵喇叭口、后橋從動齒輪平面度變形、多聯齒輪的變形問題等。由于結構復雜，在加熱及冷卻過程中組織轉變的“不同時性”更為突出，導致更為復雜的應力分布。主要表現為花鍵喇叭口、平面度差（翹曲）等，其中選擇合適的淬火冷卻方式，對于控制變形尤為關鍵。

變截面齒輪變形主要是由于截面上有效厚度不均，淬火時淬硬層分布不均勻，使其淬火應力不能得到平衡，在局部產生較大的塑性變形。而小模數的變截面齒輪變形，從本質上講主要是組織應力主導的應力變形，解決此類變形要求油品具有以下兩個特點：一、較高的特性溫度和高溫冷速，保證均勻一致的淬硬層，同時增加淬火時的熱應力；二、較低的低溫冷速，降低組織轉變時的組織應力。

例如變截面齒輪的內花鍵“喇叭口”變形，通常是由于淬火油高溫冷卻能力不足，使大端的淬硬層不足，導致淬火應力分布不均，或者說是油的蒸氣膜階段過長的緣故。提高油的高溫冷速并適當控制低溫冷速，一般就能有效解決內花鍵孔的變形問題。

根據筆者相關技術經驗，建議滲碳齒輪選用淬火油需要具備以下基本性能：

1)具有較好的破膜能力，以改善淬火冷卻的均勻性（即較高的特性溫度）；

2)足夠的冷卻能力，以保證有效硬化層的要求；

3)較低的低溫冷速，減小組織應力；

4)科學合理的冷卻分布，有效的控制淬火工件的應力分布。

以上只是針對變截面齒輪的變形特點，進行淬火油選型的分析，不同類型齒輪其變形的機理可能完全不同，在此只是起到拋磚引玉的作用，提供一個淬火油選型的方法。我公司針對齒輪行業復雜多變的情況，研發了一系列淬火油，滿足不同工況及要求下的齒輪淬火。例如KR4488等溫分級淬火油產品，適用于在滿足工件淬硬前提下，對變形要求極高的產品。可以滿足小模數滲碳齒輪的淬火要求，在此就不一一列舉。總之，在淬火油選型時，應當根據齒輪的材料、形狀、尺寸和技術要求并結合工況條件，從油的冷卻速度特性分布去進行選擇，以協調淬火應力分布，最好能與淬火介質廠家的有關技術人員多進行溝通，按照產品的要求進行量體裁衣，將齒輪淬火變形能夠控制在較小的范圍內。

來源：科潤工業介質