冷却速度对齿轮畸变有哪些影响?
2024-12-19 来自: 长沙上热热处理有限公司 浏览次数:82
制造齿轮时的冷却速率应根据齿轮的具体情况进行合理控制。过高或过低的冷却速率都会对齿轮产生不利影响。今天湖南热处理厂家工作人员带大家来了解下冷却速度对齿轮畸变有哪些影响?
1)冷却速度与热应力导致的畸变
表面-心部热应力:冷却速度直接影响齿轮表面和心部的温度变化差异。当冷却速度很快时,如在水淬过程中,齿轮表面温度急剧下降,而心部温度下降相对缓慢。表面层材料因快速冷却而急剧收缩,此时心部温度还较高,材料收缩程度小,心部会对表面层产生拉应力,阻止表面层收缩。表面层材料在拉应力作用下可能产生塑性变形。随着冷却的继续,心部温度下降开始收缩,而此时表面层已经冷却完成,心部收缩会使表面层产生压应力。这种热应力的反复作用会导致齿轮产生椭圆化、锥度变化等畸变。
不同部位的热应力差异:对于具有复杂几何形状的齿轮,像有齿槽、轮辐等结构,冷却速度不同会使各部分热应力差异增 大。例如,齿轮的齿顶部分直接暴露在冷却介质中,冷却速度快,而齿根部分由于与相邻齿的遮挡以及靠近轮心,冷却速度相对较慢。这就使得齿顶和齿根之间产生较大的热应力差,导致齿形扭曲变形。而且,轮辐部分与齿部的冷却速度也不同,轮辐部分冷却可能会使齿部产生附加的变形应力,进一步加剧齿轮的畸变。
2)冷却速度与组织应力导致的畸变
组织转变顺序改变:冷却速度影响齿轮材料内部组织的转变顺序和程度。快速冷却会促使奥氏体快速向马氏体转变。在齿轮表面,由于冷却速度快,奥氏体向马氏体转变首先发生,马氏体组织比奥氏体体积大,这会导致表面层体积膨胀。而心部由于冷却速度慢,组织转变滞后。当表面层已经膨胀后,心部才开始组织转变,这种不同步的组织转变会产生组织应力。如果冷却速度控制不当,组织应力过大,就会导致齿轮产生翘曲、弯曲等畸变。
组织转变不均匀性加剧:不同的冷却速度会使齿轮不同部位的组织转变不均匀性更加明显。对于截面尺寸不同的齿轮,厚截面处冷却速度相对较慢,薄截面处冷却速度快。在快速冷却条件下,薄截面处可能快速形成马氏体组织,而厚截面处还处于奥氏体状态或者正在缓慢转变。这种组织转变的差异会导致齿轮各部分体积变化不一致,从而产生畸变。例如,可能会使齿轮的齿部和轮毂部分之间的尺寸精度受到影响,导致同心度变差等问题。
3)不同冷却速度介质对齿轮畸变的影响
水冷却介质:水的冷却速度很快,能使齿轮表面在短时间内获得很高的冷却速率。这对于获得高硬度的马氏体组织有帮助,但同时也容易导致较大的热应力和组织应力。使用水作为冷却介质时,齿轮畸变的可能性较大,尤其是对于形状复杂、尺寸较大或者淬透性较好的齿轮。例如,大型齿轮在水淬时,由于内外温差大,很容易产生开裂、翘曲等严重畸变。
油冷却介质:油的冷却速度比水慢,能在一定程度上减小热应力和组织应力。在油中冷却时,齿轮表面和心部的温度变化相对缓和,组织转变也较为平稳,因此齿轮畸变程度通常比水淬要小。不过,油冷却可能无法满足一些对硬度要求很高且需要快速冷却形成马氏体组织的情况,并且油冷却介质存在火灾隐患等问题。
聚合物淬火剂:聚合物淬火剂的冷却速度可以通过浓度等因素进行调节,介于水和油之间。这种特性使得它在控制齿轮畸变方面具有一 定的优势。可以根据齿轮的材料、尺寸和形状等因素,调整聚合物淬火剂的浓度来获得合适的冷却速度,从而在保证齿轮获得所需组织和性能的同时,减小畸变的程度。