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摘要：本文以汽车高速齿轮为例，将分级淬火热处理技术应用到其生产过程中，观察齿轮的应力变化情况，为该项技术的具体应用提供参考。
关键词：高速齿轮；分级淬火热处理；应力
前言
高速齿轮生产过程中，需要开展强化表面操作，强化方法通常采用渗碳技术，由于汽车齿轮具有比较复杂的形状，且截面存在较大的变化，分级处理时，底面弯曲变形容易发生，进而使齿轮使用寿命、咬合精确度均受到影响。为解决此问题，齿轮渗碳后淬火直接开展，以实现有效的控制齿轮生产质量。
1高速齿轮分级淬火热处理的作用分析
机械传动中，齿轮为重要零部件之一，通常，要求齿轮的耐磨性、抗弯曲疲劳性能、抗接触疲劳性能均要良好，以能对畸变弯曲应力或脉动产生的冲击损伤做出承受。近年来，生产齿轮时，越来越广泛的应用分级淬火热处理技术，尤其高速齿轮，使齿轮质量得到有效的强化。齿轮经分级淬火热处理后，不仅表面硬度能够提升，且材料心部韧性也得到保留，促进齿轮的整体性能得到增强。
2高速齿轮分级淬火热处理中的应力变化
2.1分级淬火热处理
本文共选取了4个高速齿轮样品，分别命名为1号齿轮、2号齿轮、3号齿轮、4号齿轮，其技术要求如下：（1）1号齿轮：渗碳深度1.1-1.4cm，表面及内部HRC分别为57-63、32-45，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.3mm、≤0.2mm；（2）2号齿轮：渗碳深度1.0-1.3cm，表面及内部HRC分别为57-61、31-43，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.3mm、≤0.2mm；（3）3号齿轮：渗碳深度1.2-1.6cm，表面及内部HRC分别为57-64、33-42，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.1mm、≤0.2mm；（4）4号齿轮：渗碳深度1.1-1.7cm，表面及内部HRC分别为57-62、35-46，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.2mm、≤0.1mm。根据上述技术要求，渗碳淬火热处理方法按照规定开展。
2.2应力变化实验研究
通过热处理工艺，4个高速齿轮样品生产数量20000万。经热处理后，检测齿轮的变形情况，结果显示，内部弯度均未超过0.2mm，其中，有80%的齿轮在0.06mm以内；外部弯度均在0.2mm以内，其中，90%齿轮弯度不超过0.07mm；内孔变形度均未超过0.07mm，且约有10%变形度不超过0.04mm。例如4号高速齿轮，与热处理前相比，热处理后的凹凸面接触区域并未出现较大的变化，凹面略微的靠拢向齿轮中心，不过移动范围在0.9mm以内，与相应技术标准相符合。
高速齿轮正转咬合过程中，会发出59dB分贝的噪音，而反转则会发出60dB分贝的噪声。3号高速齿轮经过热处理后，台架试验在液压条件下开展，设计转速为390r/min，对噪音分贝、扭转距离、温度做出检测，检测仪器分别为GB传感器、转速仪、ST-106型测温仪，利用循环水冷却。以标准高速齿轮质量分级规定为依据，试验扭矩选择MW计算的扭矩，同时，将主动高速齿轮的旋转次数准确记录。旋转次数达到0.3×1.3次，且变形并未发生时，视为齿轮合格[1]。实验结果显示，与标准相符合的为4号齿轮样品。
2.2应力变化实验分析
高速齿轮应力值逐渐变化过程中，相应变形也会随之发生，这是因为渗碳工艺具有良好的、稳定的渗碳效果，渗碳后，分级淬火热处理直接可开展，可使高速齿轮的变形有效减少。分级淬火热处理技术能够充分的接触齿轮表面，冷却期间，沿着齿轮内部，热油会定向渗透到齿轮中，提高每个齿轮底面的冷却速度，避免变形在应力作用下产生[2]。渗碳后，梯状分布碳浓度，淬火冷却时，渗透层交汇内部的位置会具有较高的渗透度；冷却继续后，增大齿轮体积，产生残余应力，使变形问题出现在高速齿轮中。同时，应力变化密切相关于冷却过程的介质温度变化，因温度会产生一定的影响，碳元素所具备的扩散性非常强，此种特性对齿轮热稳定性产生影响，引发齿轮变形，并降低齿轮的组织能力，松弛组织，使变形问题最终产生。经热处理后，奥体并不会在冷却期间发生变化，应力作用于奥体后，机械性变化产生，增强了稳定性，这也是热处理技术促进齿轮稳定性、韧性及硬度提高的主要原因。
结论：
高速齿轮生产时，将分级淬火热处理技术引入后，要对应力变化范围做出有效的控制，使齿轮变形问题的发生可能降低，并促进齿轮的稳定性及硬度提高，增强齿轮的生产质量，延长齿轮的使用寿命。另外，因分级淬火热处理技术的优点包含操作简便、控制难度低等，可将齿轮生产周期明显缩短，有助于减少齿轮的生产成本，提升生产效率，具有十分广阔的应用前景。
参考文献：
[1]李广全，刘志明，呙如兵，等.高速列车齿轮箱应力响应与疲勞损伤评估[J].交通运输工程学报，2018，18（01）：79-88.
[2]于百芳，王飞宇，张忠和，等.高速齿轮渗碳淬火金相组织检验标准的探讨[J].机械工业标准化与质量，2017（05）：31-34.
关键词：高速齿轮；分级淬火热处理；应力
前言
高速齿轮生产过程中，需要开展强化表面操作，强化方法通常采用渗碳技术，由于汽车齿轮具有比较复杂的形状，且截面存在较大的变化，分级处理时，底面弯曲变形容易发生，进而使齿轮使用寿命、咬合精确度均受到影响。为解决此问题，齿轮渗碳后淬火直接开展，以实现有效的控制齿轮生产质量。
1高速齿轮分级淬火热处理的作用分析
机械传动中，齿轮为重要零部件之一，通常，要求齿轮的耐磨性、抗弯曲疲劳性能、抗接触疲劳性能均要良好，以能对畸变弯曲应力或脉动产生的冲击损伤做出承受。近年来，生产齿轮时，越来越广泛的应用分级淬火热处理技术，尤其高速齿轮，使齿轮质量得到有效的强化。齿轮经分级淬火热处理后，不仅表面硬度能够提升，且材料心部韧性也得到保留，促进齿轮的整体性能得到增强。
2高速齿轮分级淬火热处理中的应力变化
2.1分级淬火热处理
本文共选取了4个高速齿轮样品，分别命名为1号齿轮、2号齿轮、3号齿轮、4号齿轮，其技术要求如下：（1）1号齿轮：渗碳深度1.1-1.4cm，表面及内部HRC分别为57-63、32-45，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.3mm、≤0.2mm；（2）2号齿轮：渗碳深度1.0-1.3cm，表面及内部HRC分别为57-61、31-43，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.3mm、≤0.2mm；（3）3号齿轮：渗碳深度1.2-1.6cm，表面及内部HRC分别为57-64、33-42，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.1mm、≤0.2mm；（4）4号齿轮：渗碳深度1.1-1.7cm，表面及内部HRC分别为57-62、35-46，K等级1-3级，内侧、外侧弯度分别≤0.2mm、≤0.1mm。根据上述技术要求，渗碳淬火热处理方法按照规定开展。
2.2应力变化实验研究
通过热处理工艺，4个高速齿轮样品生产数量20000万。经热处理后，检测齿轮的变形情况，结果显示，内部弯度均未超过0.2mm，其中，有80%的齿轮在0.06mm以内；外部弯度均在0.2mm以内，其中，90%齿轮弯度不超过0.07mm；内孔变形度均未超过0.07mm，且约有10%变形度不超过0.04mm。例如4号高速齿轮，与热处理前相比，热处理后的凹凸面接触区域并未出现较大的变化，凹面略微的靠拢向齿轮中心，不过移动范围在0.9mm以内，与相应技术标准相符合。
高速齿轮正转咬合过程中，会发出59dB分贝的噪音，而反转则会发出60dB分贝的噪声。3号高速齿轮经过热处理后，台架试验在液压条件下开展，设计转速为390r/min，对噪音分贝、扭转距离、温度做出检测，检测仪器分别为GB传感器、转速仪、ST-106型测温仪，利用循环水冷却。以标准高速齿轮质量分级规定为依据，试验扭矩选择MW计算的扭矩，同时，将主动高速齿轮的旋转次数准确记录。旋转次数达到0.3×1.3次，且变形并未发生时，视为齿轮合格[1]。实验结果显示，与标准相符合的为4号齿轮样品。
2.2应力变化实验分析
高速齿轮应力值逐渐变化过程中，相应变形也会随之发生，这是因为渗碳工艺具有良好的、稳定的渗碳效果，渗碳后，分级淬火热处理直接可开展，可使高速齿轮的变形有效减少。分级淬火热处理技术能够充分的接触齿轮表面，冷却期间，沿着齿轮内部，热油会定向渗透到齿轮中，提高每个齿轮底面的冷却速度，避免变形在应力作用下产生[2]。渗碳后，梯状分布碳浓度，淬火冷却时，渗透层交汇内部的位置会具有较高的渗透度；冷却继续后，增大齿轮体积，产生残余应力，使变形问题出现在高速齿轮中。同时，应力变化密切相关于冷却过程的介质温度变化，因温度会产生一定的影响，碳元素所具备的扩散性非常强，此种特性对齿轮热稳定性产生影响，引发齿轮变形，并降低齿轮的组织能力，松弛组织，使变形问题最终产生。经热处理后，奥体并不会在冷却期间发生变化，应力作用于奥体后，机械性变化产生，增强了稳定性，这也是热处理技术促进齿轮稳定性、韧性及硬度提高的主要原因。
结论：
高速齿轮生产时，将分级淬火热处理技术引入后，要对应力变化范围做出有效的控制，使齿轮变形问题的发生可能降低，并促进齿轮的稳定性及硬度提高，增强齿轮的生产质量，延长齿轮的使用寿命。另外，因分级淬火热处理技术的优点包含操作简便、控制难度低等，可将齿轮生产周期明显缩短，有助于减少齿轮的生产成本，提升生产效率，具有十分广阔的应用前景。
参考文献：
[1]李广全，刘志明，呙如兵，等.高速列车齿轮箱应力响应与疲勞损伤评估[J].交通运输工程学报，2018，18（01）：79-88.
[2]于百芳，王飞宇，张忠和，等.高速齿轮渗碳淬火金相组织检验标准的探讨[J].机械工业标准化与质量，2017（05）：31-34.