熱處理：平衡的藝術(shù)

熱處理定義為通過溫度的變化來改變工件內(nèi)部的顯微組織，從而獲得理想性能的過程。青島熱處理指材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。但是，工件的性質(zhì)往往是多種多樣的，有些性質(zhì)之間還存在著相互矛盾的關(guān)系。比如我們經(jīng)常遇到的強度和韌性，在一定范圍內(nèi)是有取舍關(guān)系的。所以我們從課本上得到的專業(yè)啟蒙教育就是如何借助熱處理工藝獲得良好的強韌性結(jié)合。

一、齒輪類零件的平衡發(fā)展關(guān)系

就齒輪零件而言，由于其復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，強度和韌性無疑是最基本和最重要的性能，也應(yīng)該具有良好的沖擊韌性，特別是沖擊載荷下的越野車輛、工程機械齒輪和自然條件下變載荷下的風(fēng)力齒輪。因此，我們采取硬與軟、內(nèi)外微調(diào)，作為齒輪熱處理的最高狀態(tài)。

為了接近或朝著上述目標(biāo)前進，需要考慮一些因素，或處理一些平衡問題，包括:

（1）表面硬度的確定

根據(jù)表面耐磨性、脆性和均勻磨削性能的要求，大部分齒輪的表面硬度控制在58~62HRC范圍內(nèi)。

（2）心部硬度的選擇

有研究結(jié)果表明，齒輪心部硬度方面處于38HRC附近時，具有中國最好的接觸學(xué)習(xí)疲勞工作強度和彎曲疲勞強度，在確定心部硬度影響范圍時，還需進行平衡齒輪模數(shù)、材料淬透性以及系統(tǒng)變性傾向的關(guān)系。

（3）硬化層深度的確定

目前，有效硬化層深度一般為15% ~ 25% MN。硬化層節(jié)圓位置與齒根位置之間的匹配關(guān)系是這里需要掌握的一個平衡關(guān)系。為了避免兩種硬化層深度之間的差異，一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，齒根角處的硬化層深度不得小于節(jié)圓初始深度的70% 。例如，美國的美國伊頓集團明確規(guī)定，有效的硬化層應(yīng)以節(jié)圓為基礎(chǔ)，節(jié)圓允許牙根比節(jié)圓淺30% 。

(4)表層中殘余奧氏體的數(shù)量

殘留奧氏體可以作為亞穩(wěn)組織學(xué)生不僅能夠影響進行表面硬度，也存在著企業(yè)由于我們后續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變而影響以及工件尺寸和形狀發(fā)生變化的問題，因此，某些精密零件就有通過深冷處理而減少或消除殘留奧氏體的要求。但是沒有殘留奧氏體組織管理并非一無是處，它在吸收內(nèi)應(yīng)力能量，阻滯微裂紋擴展，提高資金斷裂韌性研究方面的積極促進作用同時也是一個明確的，因此，有專家提出建議，將齒輪表層的殘留奧氏體量控制在16%~19%的水平。

國外對殘余奧氏體和馬氏體分別有要求，通常只有殘余奧氏體的要求，沒有馬氏體的要求。汽車和工程機械齒輪的殘余奧氏體量應(yīng)小于20% ，相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的3級，也有要求小于10% 的，相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的2級。

（5）低溫回火處理

滲碳淬火后的低溫回火處理非常重要。