苏ICP备112451047180号-6
普桑变速箱齿轮材料选择及热处理工艺
摘要：本文通过对普桑变速箱齿轮的工作环境及失效形式进行分析，提出了该型车变速箱齿轮的性能要求。通过对各类材料的性能对比，选用16MnCr5钢材作为普桑轿车变速箱齿轮的制造材料，通过对普桑轿车变速箱齿轮热处理工艺路线的分析，采用正火和调质的热处理方式，并且在热处理过程中采用合理的预防措施防止齿轮缺陷的产生，使材料最终具备良好的综合力学性能并符合各项技术标准，从而满足普桑轿车变速箱齿轮的使用性能要求。
关键词：材料；热处理工艺；缺陷
目 录
1 汽车齿轮热处理工艺概述 ……………………………………………………………………1
2 汽车齿轮热处理基本工艺 ……………………………………………………………………1
2.1 预先热处理工艺……………………………………………………………………………1
2.2 渗碳工艺……………………………………………………………………………………2
2.3 淬火工艺……………………………………………………………………………………3
2.4 低温回火……………………………………………………………………………………3
2.5 汽车齿轮热处理工艺进展…………………………………………………………………4
3 普桑轿车简介 …………………………………………………………………………………4
4 普桑轿车变速箱齿轮的工作环境及失效分析 ………………………………………………5
4.1 普桑轿车变速箱齿轮的工作环境…………………………………………………………5
4.2 普桑轿车变速箱齿轮结构…………………………………………………………………5
4.3 普桑轿车变速箱齿轮的失效分析…………………………………………………………6
5 普桑轿车变速箱齿轮的性能要求 ……………………………………………………………8
6 普桑轿车变速箱齿轮的加工分析 ……………………………………………………………8
6.1 基准的选择…………………………………………………………………………………8
6.2 齿轮毛坯的加工……………………………………………………………………………9
6.3 齿形及齿端加工……………………………………………………………………………9
7 材料加工工艺方案设计及分析………………………………………………………………10
8 普桑轿车变速箱齿轮材料选择………………………………………………………………11
8.1 选材原则 …………………………………………………………………………………11
8.2 16MnCr5 与20Cr的合金元素成分对比…………………………………………………12
8.3 合金钢中主要合金元素作用分析 ………………………………………………………12
8.4 16MnCr5 与20Cr材料的力学性能对比…………………………………………………13
9 工艺试验方案…………………………………………………………………………………13
9.1 工艺试验设备 ……………………………………………………………………………13
9.2 渗碳工艺试验 ……………………………………………………………………………13
9.2.1 渗碳气氛类型 ………………………………………………………………………13
9.2.2 淬火工艺试验 ………………………………………………………………………15
10 变速箱齿轮渗碳、淬火工艺试验结果和分析 ……………………………………………15
10.1 渗碳工艺参数的选择 ……………………………………………………………………15
10.1.1 渗碳温度……………………………………………………………………………15
10.1.2 渗碳保温时间………………………………………………………………………16
10.1.3 渗碳碳势……………………………………………………………………………17
10.1.4 渗碳工艺的确定……………………………………………………………………18
10.2 淬火工艺试验……………………………………………………………………………19
10.2.1 淬火温度……………………………………………………………………………19
10.2.2 淬火加热时间………………………………………………………………………19
10.2.3 淬火加热时间验证…………………………………………………………………20
10.2.4 淬火加热时的碳势…………………………………………………………………20
10.2.5 淬火介质选择………………………………………………………………………21
10.2.6 淬火工艺的确定……………………………………………………………………21
11 变速箱齿轮的回火工艺 ……………………………………………………………………22
12 两种材料的最终比较 ………………………………………………………………………23
12.1 16MnCr5 与20Cr经相同的热处理工艺后的结果比较及分析 ………………………23
12.2 16MnCr5 与20Cr原材料价格对比 ……………………………………………………24
12.3 16MnCr5 与20Cr材料最终性能比较 …………………………………………………24
12.4 普桑轿车变速箱齿轮材料的最终确定…………………………………………………24
13 普桑轿车变速箱齿轮热处理工艺的确定 …………………………………………………25
13.1 预先热处理的确定………………………………………………………………………25
13.2 最终热处理的确定………………………………………………………………………25
14 普桑轿车变速箱齿轮缺陷分析 ……………………………………………………………26
14.1 淬火裂纹…………………………………………………………………………………26
14.2 变形开裂…………………………………………………………………………………27
14.3 回火脆性…………………………………………………………………………………28
14.4 氧化、脱碳………………………………………………………………………………28
15 结论 …………………………………………………………………………………………30
参考文献 …………………………………………………………………………………………31
结论
本文通过对普桑轿车变速箱齿轮的工作环境，常见的典型失效形式以及齿轮性能技术要求的分析研究，确定齿轮需要有高的强度和耐磨性，较高的传动精度，较好的切削加工性热处理工艺，即要求齿轮必须有较好的综合力学性能。通过20Cr和16MnCr5钢在价格和性能方面的比较，选择使用新材料16MnCr5作为普桑轿车变速箱齿轮的制造材料，在并未大幅度提高生产成本的前提下，显著改善了产品的质量，取得了很好的效果。并通过一系列试验，获得了该型材料在热处理过程中所需的工艺参数，使生产工艺得以优化。最终确定采用16MnCr5钢作为普桑轿车变速箱齿轮的材料，设计出合理的加工工艺路线：下料——锻造——正火——粗加工——淬火——高温回火——精加工，并通过预先热处理：正火加热到850～870℃，保温1.5h,再通过最终热处理：调质使其硬度可达220～250HBS，抗拉强度600MPa,屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J，最终满足变速箱齿轮的性能要求。针对工件在热处理的过程中容易出现的缺陷展开了研究，普桑轿车变速箱齿轮主要存在着的缺陷主要有：淬火裂纹；变形开裂；回火脆性；氧化、脱碳；硬度不足这几个方面。对此，我们寻找了其发生的原因，并有针对性地提出了合理的预防措施，来防止普桑轿车变速箱齿轮的热处理缺陷的产生。全面提高了普桑轿车变速箱齿轮的产品质量与工艺性能。
参考文献：
[1] 齐宝森，陈路宾，王忠诚，化学热处理技术，北京，化学工业出版社.2006年
[2] 陈海魁，郭晓春，纪武瑜，机械基础，北京,中国劳动社会保障出版社.2004年.
[3] 孙学强，机械制造基础，北京：机械工业出版社.2008年.
[4] 单小君，金属材料与热处理，北京：中国劳动社会保障出版社.2001年.
[5] 安继儒，中外常用金属材料手册，西安，陕西科学技术出版社.1998年.
[6] 殷汉奇，爱协林多用炉的引进与使用，金属热处理，1998年.
[7] 李泉华，材料热处理工程师资格考试指导书，北京中国机械工程学会热处理分会编辑出版.2005年.
[8] 陈志远，氮基气氛热处理的技术发展，国外金属热处理.2003年.
[9] 祝同华，氮-甲醇气氛热处理工艺优化，金属热处理.1998年.
[10] 中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会编，《热处理手册》第1卷工艺基础，第2版，北京,机械工业出版社，1991年.
[11] 张克俭，如何从冷却特性选用淬火介质，北京华立精细化工公司，北京.1999年.
[12] 阎承沛，典型零件热处理缺陷分析及对策480例，北京,机械工业出版社.2008年.
[13] 王忠诚，热处理常见缺陷分析及对策，化学工业出版社.2008年.
[14] 洪家篪，钢铁热处理[M]，北京，机械工业出版社.1997年.
摘要：本文通过对普桑变速箱齿轮的工作环境及失效形式进行分析，提出了该型车变速箱齿轮的性能要求。通过对各类材料的性能对比，选用16MnCr5钢材作为普桑轿车变速箱齿轮的制造材料，通过对普桑轿车变速箱齿轮热处理工艺路线的分析，采用正火和调质的热处理方式，并且在热处理过程中采用合理的预防措施防止齿轮缺陷的产生，使材料最终具备良好的综合力学性能并符合各项技术标准，从而满足普桑轿车变速箱齿轮的使用性能要求。
关键词：材料；热处理工艺；缺陷
目 录
1 汽车齿轮热处理工艺概述 ……………………………………………………………………1
2 汽车齿轮热处理基本工艺 ……………………………………………………………………1
2.1 预先热处理工艺……………………………………………………………………………1
2.2 渗碳工艺……………………………………………………………………………………2
2.3 淬火工艺……………………………………………………………………………………3
2.4 低温回火……………………………………………………………………………………3
2.5 汽车齿轮热处理工艺进展…………………………………………………………………4
3 普桑轿车简介 …………………………………………………………………………………4
4 普桑轿车变速箱齿轮的工作环境及失效分析 ………………………………………………5
4.1 普桑轿车变速箱齿轮的工作环境…………………………………………………………5
4.2 普桑轿车变速箱齿轮结构…………………………………………………………………5
4.3 普桑轿车变速箱齿轮的失效分析…………………………………………………………6
5 普桑轿车变速箱齿轮的性能要求 ……………………………………………………………8
6 普桑轿车变速箱齿轮的加工分析 ……………………………………………………………8
6.1 基准的选择…………………………………………………………………………………8
6.2 齿轮毛坯的加工……………………………………………………………………………9
6.3 齿形及齿端加工……………………………………………………………………………9
7 材料加工工艺方案设计及分析………………………………………………………………10
8 普桑轿车变速箱齿轮材料选择………………………………………………………………11
8.1 选材原则 …………………………………………………………………………………11
8.2 16MnCr5 与20Cr的合金元素成分对比…………………………………………………12
8.3 合金钢中主要合金元素作用分析 ………………………………………………………12
8.4 16MnCr5 与20Cr材料的力学性能对比…………………………………………………13
9 工艺试验方案…………………………………………………………………………………13
9.1 工艺试验设备 ……………………………………………………………………………13
9.2 渗碳工艺试验 ……………………………………………………………………………13
9.2.1 渗碳气氛类型 ………………………………………………………………………13
9.2.2 淬火工艺试验 ………………………………………………………………………15
10 变速箱齿轮渗碳、淬火工艺试验结果和分析 ……………………………………………15
10.1 渗碳工艺参数的选择 ……………………………………………………………………15
10.1.1 渗碳温度……………………………………………………………………………15
10.1.2 渗碳保温时间………………………………………………………………………16
10.1.3 渗碳碳势……………………………………………………………………………17
10.1.4 渗碳工艺的确定……………………………………………………………………18
10.2 淬火工艺试验……………………………………………………………………………19
10.2.1 淬火温度……………………………………………………………………………19
10.2.2 淬火加热时间………………………………………………………………………19
10.2.3 淬火加热时间验证…………………………………………………………………20
10.2.4 淬火加热时的碳势…………………………………………………………………20
10.2.5 淬火介质选择………………………………………………………………………21
10.2.6 淬火工艺的确定……………………………………………………………………21
11 变速箱齿轮的回火工艺 ……………………………………………………………………22
12 两种材料的最终比较 ………………………………………………………………………23
12.1 16MnCr5 与20Cr经相同的热处理工艺后的结果比较及分析 ………………………23
12.2 16MnCr5 与20Cr原材料价格对比 ……………………………………………………24
12.3 16MnCr5 与20Cr材料最终性能比较 …………………………………………………24
12.4 普桑轿车变速箱齿轮材料的最终确定…………………………………………………24
13 普桑轿车变速箱齿轮热处理工艺的确定 …………………………………………………25
13.1 预先热处理的确定………………………………………………………………………25
13.2 最终热处理的确定………………………………………………………………………25
14 普桑轿车变速箱齿轮缺陷分析 ……………………………………………………………26
14.1 淬火裂纹…………………………………………………………………………………26
14.2 变形开裂…………………………………………………………………………………27
14.3 回火脆性…………………………………………………………………………………28
14.4 氧化、脱碳………………………………………………………………………………28
15 结论 …………………………………………………………………………………………30
参考文献 …………………………………………………………………………………………31
结论
本文通过对普桑轿车变速箱齿轮的工作环境，常见的典型失效形式以及齿轮性能技术要求的分析研究，确定齿轮需要有高的强度和耐磨性，较高的传动精度，较好的切削加工性热处理工艺，即要求齿轮必须有较好的综合力学性能。通过20Cr和16MnCr5钢在价格和性能方面的比较，选择使用新材料16MnCr5作为普桑轿车变速箱齿轮的制造材料，在并未大幅度提高生产成本的前提下，显著改善了产品的质量，取得了很好的效果。并通过一系列试验，获得了该型材料在热处理过程中所需的工艺参数，使生产工艺得以优化。最终确定采用16MnCr5钢作为普桑轿车变速箱齿轮的材料，设计出合理的加工工艺路线：下料——锻造——正火——粗加工——淬火——高温回火——精加工，并通过预先热处理：正火加热到850～870℃，保温1.5h,再通过最终热处理：调质使其硬度可达220～250HBS，抗拉强度600MPa,屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J，最终满足变速箱齿轮的性能要求。针对工件在热处理的过程中容易出现的缺陷展开了研究，普桑轿车变速箱齿轮主要存在着的缺陷主要有：淬火裂纹；变形开裂；回火脆性；氧化、脱碳；硬度不足这几个方面。对此，我们寻找了其发生的原因，并有针对性地提出了合理的预防措施，来防止普桑轿车变速箱齿轮的热处理缺陷的产生。全面提高了普桑轿车变速箱齿轮的产品质量与工艺性能。
参考文献：
[1] 齐宝森，陈路宾，王忠诚，化学热处理技术，北京，化学工业出版社.2006年
[2] 陈海魁，郭晓春，纪武瑜，机械基础，北京,中国劳动社会保障出版社.2004年.
[3] 孙学强，机械制造基础，北京：机械工业出版社.2008年.
[4] 单小君，金属材料与热处理，北京：中国劳动社会保障出版社.2001年.
[5] 安继儒，中外常用金属材料手册，西安，陕西科学技术出版社.1998年.
[6] 殷汉奇，爱协林多用炉的引进与使用，金属热处理，1998年.
[7] 李泉华，材料热处理工程师资格考试指导书，北京中国机械工程学会热处理分会编辑出版.2005年.
[8] 陈志远，氮基气氛热处理的技术发展，国外金属热处理.2003年.
[9] 祝同华，氮-甲醇气氛热处理工艺优化，金属热处理.1998年.
[10] 中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会编，《热处理手册》第1卷工艺基础，第2版，北京,机械工业出版社，1991年.
[11] 张克俭，如何从冷却特性选用淬火介质，北京华立精细化工公司，北京.1999年.
[12] 阎承沛，典型零件热处理缺陷分析及对策480例，北京,机械工业出版社.2008年.
[13] 王忠诚，热处理常见缺陷分析及对策，化学工业出版社.2008年.
[14] 洪家篪，钢铁热处理[M]，北京，机械工业出版社.1997年.