重載齒輪的結構設計與熱處理工藝分析

重載齒輪是有礦山、建材、冶金和石油化工行業等重工業設備的主要組成部分，在運輸和機械配套設施中，要優化重載齒輪的結構設計和熱處理工藝，提高其機械設備的工作效率，特別是在石油機械生產類的行業中，有效防治其齒輪的畸變。

有效分析重載齒輪的結構設計和熱處理工藝的最終目的是為了更好的促進機械設備的正常運行，提供重工業行業的工作效率，從而整體上提高其經濟效益和社會效益，在運作過程中，齒輪的內部結構和工作原理是需要著重考慮的。

一、重載齒輪結構設計和熱處理工藝現狀 

一般來說，重載齒輪具有承載量大，受沖擊力較強且安全性能要求高的特性，在使用過程中，需要用到耐磨性較高的材質，促進其接觸地面的疲勞強度提升，同時能夠形成比較高的抗地面沖擊力。在正常情況下，重載齒輪是用接近于20crmnmo地碳合金結構的鋼結構制造，需要通過一定的淬火處理來實現高性能、強耐磨性的特質。 

而對于重載齒輪的熱處理工藝，簡單的處理工藝是在滲碳之后，進行降溫直到淬火的溫度。類似的熱處理工藝方法通常容易造成材料晶粒比較粗大，而且脆弱，齒輪的工具組織應力大，一般智能光承受規模較小的強度不高的重量。當前20crmomn比較常用的熱處理工藝是將其滲碳之后，冷卻到550℃出爐，再重新加入到火爐中淬火。通常情況下，出爐溫度與工件表面的氧化脫碳成正比，溫度月底，共建降溫速度越慢，所以說，這種熱處理工業的耗時比較長。需要進行進一步改進。 

而齒輪的結構設計和熱處理工業要建立在較好的防止齒輪畸變的前提下進行處理和分析，首先必須要弄清楚載重齒輪畸變的影響因素有那些。 

二、影響重載齒輪畸變的主要因素 

在當前的內燃和電力機車等重載齒輪設計中，影響其載重齒輪滲碳淬火過程形成畸變的主要因素有以下幾種:材料淬偷、齒輪結構及尺寸差異、齒輪裝料、冷卻設備及預處理組織等。在防治重載齒輪畸變過程中，要全面綜合考慮以上幾種因素，在結合合理的工藝設計方案，最大限度的發揮重載齒輪的優越性，防治形成畸變。 

一般來說，重載齒輪的材質是15crni6，而其硬度層次為2—2.4mm，齒面的硬度是59-61hrc，心部的硬度為35-42hbw。 

但是對于重載齒輪而言，在滲碳淬火過程中，如果材質沒有達到要求或者沒有高標準的要求的情況下，加熱和冷卻過程會隨著熱應力和組織應力的發生而產生一些影響，導致其齒輪的畸變趨勢。在熱處理過程中，由于齒輪受熱和冷卻的條件和其自身結構的多方面影響，存在不均勻性，因此導致齒輪的畸變通常難以避免。通常，重載齒輪的滲碳淬火過程，往往也是發生畸變的復合型過程，形成錐度、橢圓或者翹曲等形式，根據其規格和材質結構的不同，畸變的側重點也不相同，這些給日常的工件組合，載重齒輪運作是非常不利的。畸變的齒輪面，往往會給齒面的磨削加工帶來很多的不便利因素。 

三、載重齒輪工藝技術的處理的要求 

第一，在滲碳階段，需要加強滲碳的強度和深度擴散，加快工藝參數的時間，使得滲碳速度能夠與其齒輪表明要求的碳濃度、深度以及濃度梯度等多項質量指標相符合，一般來說，滲碳的溫度大約可以控制在900℃左右。

第二，冷卻階段，在滲碳過程中，隨著炭爐溫度的減低，表層將會出現少量熹微的碳體，當溫度冷卻到大約600℃的時候，可以作適當的等溫停留。在這一過程中，可能形成和發生由奧氏體向珠光體轉變的情況，然后進行滲碳表層的碳化物球化作用，為接下來的淬火打下基礎。一般來說，重載齒輪的表層碳濃度要控制在0.85%-1.00%左右。

第三，淬火階段。這一階段是進行重載齒輪設計和處理階段的關鍵，因為淬火加熱是控制其性能和結構的關鍵環節。首先，需要加熱到840-860?左右，進行工件心部的鐵要素的轉變，使珠光體又轉化為奧氏體，之后深入部分的碳化物，保障淬火之后，形成高硬度和高強度的馬氏體。 

第四，進行回火。這是熱處理階段的最后一環節，將溫度控制在200-240℃，進行低溫回火，促進淬火的馬氏體逐漸系那個回火馬氏體轉化，最大限度的分解殘留在表面的奧氏體，保障轉化的充分性，一般來說，需要采取2次回火。

四、重載齒輪的熱處理過程結構設計 

第一，重載齒輪的毛坯組織均勻性結構。毛坯組織的均勻性能夠有效的影響滲碳淬火過程畸變形成。一般來說，重載齒輪的毛坯組織鍛造比為5-6，保障其始鍛溫度和終鍛溫度，然后通過預處理的調質進行組織改善，促進奧氏體的碳顆粒盡量保持均勻性。 

第二，加熱和冷卻的重載齒輪組織結構設計。在滲透淬火階段，爐溫不宜過高或者過低，保障其預熱階段，促進齒輪的均勻受熱，同時盡量減少齒輪各部位由于溫差的原因而形成齒輪畸變。在滲碳冷卻時，需要進行二次加熱淬火，井式的緩冷罐以及水冷壁等都能一定程度上降低其冷卻速度，防治碳化物在晶界析出之前，過早的冷卻而形成的畸變。所以在設計重載齒輪的結構中，一般將其設備結構的直徑控制在f600mm左右，圓柱形的齒圈要盡量在井式的炭爐中進行受熱，然后在圓筒狀的油槽中冷卻下來，盡量使其圓周的冷熱均勻化。另外，圓柱形的齒輪裝爐結構組織直接受影響于裝爐方式，所以，需要充分考慮其承載平面的平整度和安全度。 

所以說，重載齒輪在礦山、建材、冶金和石油化工行業等重工業設備中占據著重要的組成，其結構優化處理和熱處理過程合理化是提高其機械設備形成了產品的優質化的基本前提，根據重載齒輪的自身特質和熱處理過程的各項工藝設計，需要進行有層次、有重點的處理，以有效的防治齒輪的畸變。 

綜上所述，一般來說，重載齒輪根據其形狀和規格的不同，需要進行批量的生產驗證，在滲碳淬火階段，需要有效的防治由于受熱不均或者結構組織不合理而形成的畸變。當前，在滲碳淬火階段已經取得了初步的進展，在防治和預防齒輪畸變中，優化結構設計。因此，合理的選材和科學的齒輪淬火理化技術對其具有重要意義，從齒輪的材料合金成分以及窄淬透性帶材料的應用，還需要通過更進一步的研究和分析，通過科研技術和生產制造工藝的不斷發展，促進技術的進步。選擇中重，選擇品質！