DHT系列電動變速器齒輪是公司DM4.0項目的關(guān)鍵組成部分，在眾多車型上普遍使用，而DHT主動泵輪(圖1，材料20CrMnTi)作為其中關(guān)鍵部件對其精度、力學(xué)性能也有著特別的要求。DHT主動泵輪的原熱處理工藝為滲碳后直接淬火，熱處理過程在可控氣氛爐上進行，但是在初階段生產(chǎn)階段時發(fā)現(xiàn)主動泵輪在熱處理后變形較大，導(dǎo)致熱后磨端面、磨圓面、磨齒時均有不同程度的磨不出現(xiàn)象。產(chǎn)品的全線良率不足87%。

　　1 熱處理技術(shù)要求

　　DHT主動泵輪熱后技術(shù)要求如下：

　　1)表面硬度：58～62HRC;心部硬度：30～45HRC;有效硬化層DC(550HV)：0.5～0.8mm。

　　2) 金相組織：碳化物1～4級，馬氏體及殘余奧氏體1～5級，內(nèi)氧化≤0.02mm，網(wǎng)狀托氏體網(wǎng)孔≤0.04mm。

　　3)變形量要求：平面度≤0.06，圓度≤0.06。

　　2 原熱處理工藝及變形情況

　　滲碳工藝：主動泵輪的熱處理工藝如圖2，采用滲碳工藝，強滲擴散后降溫然后浸油淬火。

　　裝爐方式：主動泵輪的滲碳裝爐方式如圖3所示：為了保證產(chǎn)品平面度采取了摞放的形式，而為了減小內(nèi)孔變形內(nèi)孔裝有一個間隙為0.5mm的耐熱鋼圓筒。

　　熱后變形情況：但是從熱后變形檢測結(jié)果來看，主動泵輪熱后雖然平面度良率較高有94%但是圓度較差，圓度合格率僅有17%，顯然熱后圓度及平面度不良正是熱后加工不良的主要原因。

　　3 原因分析

　　結(jié)構(gòu)原因：從DHT主動泵輪結(jié)構(gòu)看，泵輪壁厚僅5mm，這樣的厚度即使用我們冷速最慢的KR498淬火油依然可以輕松淬透，泵輪熱處理后心部硬度都高達42HRC以上，因此組織應(yīng)力高表現(xiàn)在主動泵輪尺寸上必然是劇烈收縮。從圖4看，收縮越劇烈的產(chǎn)品圓度越差，這是因為產(chǎn)品的收縮過程處于一個自由狀態(tài)，收縮量越大可變性越高圓度越差。

　　材料因素：熱前的材料為正火狀態(tài)，因為金屬凝固特點，內(nèi)部組織不可避免存在帶狀(圖5a)或組織成分偏析(圖5b)的情況，造成這些情況的原因往往是由于合金元素分布不均造成的，而在滲碳加熱時合金元素?zé)o法長距離擴散，因此在主動泵輪360°圓周方向各部分的成分及組織必然是有差異的，由于不同組織膨脹收縮系數(shù)不同會造成主動泵輪加熱或淬火后內(nèi)部獲得的“不同組織”所在的位置變形量不相等，并且發(fā)生馬氏體相變時的溫度、時間不一，就會造成主動泵輪發(fā)生橢圓、翹曲。

　　冷卻原因：主動泵輪由于內(nèi)孔大壁較薄，在裝滿一爐準(zhǔn)備淬火時上下層之間，工裝表層和內(nèi)部之間必然存在溫度差異，由于裝爐較密，淬火時淬火油在工裝內(nèi)部流動時由于有工裝、零件阻力，油流動的速度及溫度表現(xiàn)在泵輪圓周一圈各處是不同的，因此主動泵輪在冷卻時存在各向差異，而且在淬火過程中，外表面冷卻較快而內(nèi)孔因為耐熱鋼圓筒作用處于冷卻介質(zhì)對流不充分的緩冷狀態(tài)，因此主動泵輪不是均勻的冷卻，這種“不均勻”就會造成失圓。

　　4 改善措施

　　滲碳工藝修改：主動泵輪用易普森17號多用爐滲碳后不淬火直接拉到前室在氮氣保護下進行空冷(圖6)，降溫的目的是為了擴大滲碳空冷后的內(nèi)孔直徑，以獲得理想的滲層的同時使內(nèi)孔稍微預(yù)擴大，為下次加熱淬火準(zhǔn)備。

　　設(shè)計限位模具：根據(jù)主動泵輪的形狀及需求設(shè)計限位模具，主要是根據(jù)主動泵輪對圓度及直徑需要設(shè)計相應(yīng)的限位芯軸，利用芯軸限制主動泵輪收縮使其內(nèi)孔按照芯軸形狀變形，設(shè)計上下整平模具并利用壓力機使主動泵輪端面在壓力下進行淬火以保證其平面度，具體模具結(jié)構(gòu)見圖7。

　　壓力淬火技術(shù)應(yīng)用：把滲碳空冷的主動泵輪送到轉(zhuǎn)底爐短時間加熱使其膨脹，隨后放入設(shè)計好的模具里，油壓機迅速下壓主動泵輪隨模具下沉至油里進行淬火(圖8)，淬火油選用南京科潤生產(chǎn)的KR228淬火油，目的是使泵輪收縮的同時齒部依然可以獲得良好的精度，主動泵輪在模具限制下收縮、冷卻，冷到大約100℃時出油退出，工藝見表2。

　　5 壓淬產(chǎn)品檢測結(jié)果

　　試驗250件主動泵輪，經(jīng)過滲碳壓淬回火后進行尺寸檢驗，合格率高達100%(表3)。對壓淬后主動泵輪樣件的金相硬度抽樣檢測結(jié)果：表面硬度60～61HRC，有效硬化層0.632，心部硬度41.2HRC，表面馬氏體殘余奧氏體2級，碳化物1級，完全符合熱處理技術(shù)要求。

　　目前該壓淬技術(shù)已實現(xiàn)DHT主動泵輪批量生產(chǎn)。

　　6 結(jié)論

　　主動泵輪的滲碳變形主要是因為結(jié)構(gòu)、組織各向不均勻、冷卻不均等原因造成的，而壓淬技術(shù)是有效解決薄壁件熱處理變形的有效辦法，能實現(xiàn)主動泵輪等形狀復(fù)雜產(chǎn)品的微變形熱處理，極大提升產(chǎn)品良率節(jié)約生產(chǎn)成本，具備良好的發(fā)展前景。