冷卻速度對(duì)齒輪畸變有哪些影響？

　　制造齒輪時(shí)的冷卻速率應(yīng)根據(jù)齒輪的具體情況進(jìn)行合理控制。過(guò)高或過(guò)低的冷卻速率都會(huì)對(duì)齒輪產(chǎn)生不利影響。今天湖南熱處理廠(chǎng)家工作人員帶大家來(lái)了解下冷卻速度對(duì)齒輪畸變有哪些影響？

　　1）冷卻速度與熱應(yīng)力導(dǎo)致的畸變

　　表面-心部熱應(yīng)力：冷卻速度直接影響齒輪表面和心部的溫度變化差異。當(dāng)冷卻速度很快時(shí)，如在水淬過(guò)程中，齒輪表面溫度急劇下降，而心部溫度下降相對(duì)緩慢。表面層材料因快速冷卻而急劇收縮，此時(shí)心部溫度還較高，材料收縮程度小，心部會(huì)對(duì)表面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，阻止表面層收縮。表面層材料在拉應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生塑性變形。隨著冷卻的繼續(xù)，心部溫度下降開(kāi)始收縮，而此時(shí)表面層已經(jīng)冷卻完成，心部收縮會(huì)使表面層產(chǎn)生壓應(yīng)力。這種熱應(yīng)力的反復(fù)作用會(huì)導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生橢圓化、錐度變化等畸變。

　　不同部位的熱應(yīng)力差異：對(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的齒輪，像有齒槽、輪輻等結(jié)構(gòu)，冷卻速度不同會(huì)使各部分熱應(yīng)力差異增  大。例如，齒輪的齒頂部分直接暴露在冷卻介質(zhì)中，冷卻速度快，而齒根部分由于與相鄰齒的遮擋以及靠近輪心，冷卻速度相對(duì)較慢。這就使得齒頂和齒根之間產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力差，導(dǎo)致齒形扭曲變形。而且，輪輻部分與齒部的冷卻速度也不同，輪輻部分冷卻可能會(huì)使齒部產(chǎn)生附加的變形應(yīng)力，進(jìn)一步加劇齒輪的畸變。

　　2）冷卻速度與組織應(yīng)力導(dǎo)致的畸變

　　組織轉(zhuǎn)變順序改變：冷卻速度影響齒輪材料內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變順序和程度?？焖倮鋮s會(huì)促使奧氏體快速向馬氏體轉(zhuǎn)變。在齒輪表面，由于冷卻速度快，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變首先發(fā)生，馬氏體組織比奧氏體體積大，這會(huì)導(dǎo)致表面層體積膨脹。而心部由于冷卻速度慢，組織轉(zhuǎn)變滯后。當(dāng)表面層已經(jīng)膨脹后，心部才開(kāi)始組織轉(zhuǎn)變，這種不同步的組織轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生組織應(yīng)力。如果冷卻速度控制不當(dāng)，組織應(yīng)力過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生翹曲、彎曲等畸變。

　　組織轉(zhuǎn)變不均勻性加劇：不同的冷卻速度會(huì)使齒輪不同部位的組織轉(zhuǎn)變不均勻性更加明顯。對(duì)于截面尺寸不同的齒輪，厚截面處冷卻速度相對(duì)較慢，薄截面處冷卻速度快。在快速冷卻條件下，薄截面處可能快速形成馬氏體組織，而厚截面處還處于奧氏體狀態(tài)或者正在緩慢轉(zhuǎn)變。這種組織轉(zhuǎn)變的差異會(huì)導(dǎo)致齒輪各部分體積變化不一致，從而產(chǎn)生畸變。例如，可能會(huì)使齒輪的齒部和輪轂部分之間的尺寸精度受到影響，導(dǎo)致同心度變差等問(wèn)題。

　　3）不同冷卻速度介質(zhì)對(duì)齒輪畸變的影響

　　水冷卻介質(zhì)：水的冷卻速度很快，能使齒輪表面在短時(shí)間內(nèi)獲得很高的冷卻速率。這對(duì)于獲得高硬度的馬氏體組織有幫助，但同時(shí)也容易導(dǎo)致較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。使用水作為冷卻介質(zhì)時(shí)，齒輪畸變的可能性較大，尤其是對(duì)于形狀復(fù)雜、尺寸較大或者淬透性較好的齒輪。例如，大型齒輪在水淬時(shí)，由于內(nèi)外溫差大，很容易產(chǎn)生開(kāi)裂、翹曲等嚴(yán)重畸變。

　　油冷卻介質(zhì)：油的冷卻速度比水慢，能在一定程度上減小熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。在油中冷卻時(shí)，齒輪表面和心部的溫度變化相對(duì)緩和，組織轉(zhuǎn)變也較為平穩(wěn)，因此齒輪畸變程度通常比水淬要小。不過(guò)，油冷卻可能無(wú)法滿(mǎn)足一些對(duì)硬度要求很高且需要快速冷卻形成馬氏體組織的情況，并且油冷卻介質(zhì)存在火災(zāi)隱患等問(wèn)題。

　　聚合物淬火劑：聚合物淬火劑的冷卻速度可以通過(guò)濃度等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，介于水和油之間。這種特性使得它在控制齒輪畸變方面具有一 定的優(yōu)勢(shì)?？梢愿鶕?jù)齒輪的材料、尺寸和形狀等因素，調(diào)整聚合物淬火劑的濃度來(lái)獲得合適的冷卻速度，從而在保證齒輪獲得所需組織和性能的同時(shí)，減小畸變的程度。