汽車中的齒輪主要安裝在變速器、減速器和差速器中，承擔(dān)改變速度、輸出扭矩、驅(qū)動汽車行駛的任務(wù)。齒輪嚙合時，齒面直接接觸，承受接觸應(yīng)力和一定的摩擦應(yīng)力。齒根雖不直接接觸，但是也會承受脈沖壓力和彎曲應(yīng)力。因此，一般要求齒輪齒面具有高硬度、高耐磨性，齒根具有一定的硬度和足夠的強韌性。汽車齒輪的一般生產(chǎn)過程為鍛造→等溫正火→機械切削加工→滲碳淬火→磨削→成品，其中，滲碳淬火的目的是提高齒面的硬度和耐磨性。齒根由于幾乎沒有滲碳，保持了材料原有的化學(xué)成分，其硬度值(即心部硬度)主要取決于原材料的淬透性和淬冷烈度，熱處理工藝對其影響有限。影響淬冷烈度的因素主要包括淬火介質(zhì)的冷卻性能和攪拌強度。

　　淬火介質(zhì)是影響淬火工藝和零件熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)及性能要求，正確的選擇淬火介質(zhì)，可有效改善齒輪的金相組織，提高表面與心部硬度。超速淬火油作為一種粘度低、高低溫冷速快的淬火介質(zhì)，適用于處理要求淬火硬度高、淬透深度大的工件，也適用于在快速淬火油中淬不硬而在水中淬火又容易淬裂的工件。因此對于一些要心部硬度要求高、滲層要求深的滲碳齒輪件，超速油具有良好的應(yīng)用前景。

　　某公司使用快速淬火油對一種汽車變速箱副軸齒輪進行滲碳淬火時，其心部硬度值無法滿足技術(shù)指標(biāo)要求，在嘗試一定的工藝調(diào)整后，改善有限。為了解決該問題，將快速淬火油A(以下簡稱快速油)更換為超速淬火油B(以下簡稱超速油)，并進行了試驗探索。本文分析了淬火油更換前后的一些工藝數(shù)據(jù)，對心部硬度等指標(biāo)的變化進行了總結(jié)，希望為從事相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作人員提供參考。

　　1 設(shè)備與工藝條件

　　1.1材料與規(guī)格

　　齒輪模數(shù)2.05，齒部為斜齒，下端有花鍵軸，其實物和示意圖如圖1所示。

　　圖1 齒輪實物圖和示意圖

　　齒輪材料為SCM420H(標(biāo)準(zhǔn)JIS G4052-2003保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼)，類似于國內(nèi)牌號20CrMoH(標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5216-2004 保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼)，利用直讀光譜儀對齒輪不同位置進行了檢測，其主要化學(xué)成分如表1所示。

　　1.2設(shè)備與工藝

　　豐東多用爐，211生產(chǎn)線，裝爐量600kg，裝油量約4~5t，雙側(cè)單攪拌，方式為皮帶輪傳動，傳動比約1:2.5，電機轉(zhuǎn)速1440r/min，功率4kw，油槽底部無導(dǎo)流筒，有導(dǎo)流板。

　　熱處理工藝為滲碳淬火+低溫回火，具體的工藝曲線如圖2所示。

　　1.4檢測方法

　　齒輪熱處理后從料盤的中心處取樣進行線切割，齒部的對邊各取一組進行鑲嵌，之后進行檢測，具體取樣方法如圖3所示。每組挑選2個齒進行檢測，標(biāo)記為1A、1B和2A、2B，每個齒檢測3個硬度。

　　齒輪心部硬度的檢測位置為齒寬中部橫截面上，齒輪中心線與齒根圓相交處，檢測位置范圍為±1mm，符合QC/T 262-2005《汽車滲碳齒輪金相檢驗》的規(guī)定，如圖4所示。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1淬火油性能對比

　　對比了快速油與超速油的主要理化參數(shù)，如表3所示。

　　結(jié)合表3和圖5中可以看出，超速油比快速油具有更低的運動粘度，體現(xiàn)出更好的流動性，同時具有更快的高低溫冷速，特別是低溫冷速V300℃，提高了心部冷卻時的熱量傳遞速度，在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)體現(xiàn)出更優(yōu)異的冷卻能力和淬硬能力，對減少貝氏體等非馬組織的產(chǎn)生有利。

　　2.2齒輪心部硬度對比

　　對比了使用快速油與超速油時齒輪心部硬度的變化，如表4所示。

　　從表4中可以看出，從快速油更換為超速油后，其心部硬度平均值明顯提高，為了更直觀的看出差異，我們將表4中的數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖6所示。

　　從圖6可以很直觀的看出，更換為超速油后，硬度整體提高，且硬度范圍從使用快速油的345~382HV10提高到使用超速油的378~428HV10，可以滿足技術(shù)指標(biāo)要求。當(dāng)然，從檢測數(shù)據(jù)中我們也發(fā)現(xiàn)，其心部硬度值存在一定的散差，這可能與材料本身的淬透性差異(C含量檢測也處于下限值)有關(guān)，需要從材料本身進行排查和改善。

　　2.3齒輪心部金相組織對比

　　對比了使用快速油和超速油時心部金相組織的變化，如圖7所示。

　　從圖7可以看出，使用快速油淬火時，心部組織主要由板條馬氏體+貝氏體+少量游離鐵素體組成，貝氏體含量較多。當(dāng)更換為超速油淬火后，心部貝氏體含量減少，板條馬氏體含量增多，且無明顯游離鐵素體。這主要是因為超速油具有足夠的最大冷速和更快的低溫冷速，冷卻時既能快速避開“C曲線”，減少非馬組織產(chǎn)生，同時在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)也能保持較好的冷卻能力，體現(xiàn)出更佳的淬硬性。因此對于心部而言，超速油提高了冷卻效果，改善了心部組織，具有更高的心部硬度。

　　3 結(jié)論

　　本文以某公司生產(chǎn)的一種汽車變速箱滲碳齒輪為分析對象，以更換淬火介質(zhì)來解決心部硬度不夠問題為契機，分別對比了快速油與超速油的理化參數(shù)、心部硬度和心部組織，得出以下結(jié)論：

　　(1)超速油比快速油具有更低的運動粘度、更快的高低溫冷速，體現(xiàn)出更優(yōu)異的冷卻性能;

　　(2)在相同的工藝條件下，超速油淬火的汽車滲碳齒輪，其心部組織更好，體現(xiàn)出更高的心部硬度，可以滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。