某微车变速器齿轮在周期式可控气氛多用炉(VKSE5/Ⅰ)渗碳淬火过程中，连续出现内端面、外端面畸变超差，废品率高等问题，严重影响了正常生产任务的完成。

关键点分析

图1为某微车变速器用齿轮示意图，齿轮最大厚度30.1 mm，内孔壁厚9.12 mm，内孔直径φ95.8 mm，最大外径φ207 mm，其材料为20 CrMo钢，技术要求表面硬度(82±2)HRA，心部硬度30～43 HRC，有效硬化层深度0.5～0.8 mm，金相组织检验按HB 5492《航空钢制件渗碳、氮碳共渗金相组织检验标准》进行，零件畸变量要求：

1. A内端面畸变要求

渗碳淬火前≤0.01 mm，渗碳淬火后发出≤0.05 mm。

2. B外端面畸变量要求

渗碳淬火前≤0.02 mm;渗碳淬火后发出≤0.06 mm。

零件加工工艺路线：锻造—等温正火—粗车—精车-滚齿-剃齿-渗碳淬火、回火处理-清理抛丸-精车φ95.8 mm内孔-装机使用。齿轮渗碳淬火、回火处理后，A、B端面畸变量大，致使齿轮在试生产过程中连续出现废品量大的问题，废品率比例为20%～30%，无法保证新品变速器及时投入批量生产。因此，改进渗碳淬火热处理工艺及装炉方式，加强热处理质量过程控制，是提高此齿轮渗碳淬火热处理后一次交检合格率的关键。

原热处理工艺

变速器齿轮渗碳淬火采用VKSE5/Ⅰ爱协林多用炉加热渗碳淬火和低温回火，淬火介质为好富顿MT355分级淬火油，工艺曲线如图2所示。装炉采用如图3所示的吊挂装炉、装夹具装炉，齿轮渗碳淬火、清洗、回火和清理抛丸处理后，由原工艺参数生产出的齿轮实际检测结果(见表1)可见，A、B端面畸变严重超差。

渗碳淬火畸变原因分析

渗碳淬火畸变量的控制是此齿轮制造成功的关键。由图1可以看出齿轮的形状复杂，内壁厚度较薄、外径尺寸较大且有效厚度相差较大，控制畸变比较困难。由于齿轮形状复杂、尺寸不均匀，渗碳淬火畸变主要取决于渗碳淬火前齿轮加工精度、渗碳淬火的工艺控制、齿轮的装炉摆放方式及所采用的工装。齿轮渗碳、淬火畸变是渗碳、淬火过程中淬火应力、装炉方式共同作用的结果。淬火应力分为热应力和组织应力，热应力和组织应力在产品淬火冷却过程中总是同时存在，淬火应力为二者叠加的结果。齿轮渗碳、淬火后畸变主要取决于零件的装炉方式和淬火应力，即取决于零件的装炉方式和渗碳、淬火工艺控制。

从实际生产大齿轮吊挂装炉的数据得出，横截面厚度相差越大端面畸变量越大，这可能是厚度大部位，淬火前的均温时间不够，心部温度高，使得淬火过程中，渗碳层和一定深度范围的基体发生了马氏体转变，因体积膨胀对心部产生拉应力，此时心部尚处于较高温度范围，抵抗外层的拉应力差而造成端面畸变量大。同时内孔也发生同样的马氏体转变而体积膨胀，这造成此齿轮截面的温差越大、畸变量超差越大的结果。畸变量超差的齿轮在后续工序中无法修复而全部报废。

改进措施

为减少齿轮畸变，降低零件渗碳淬火、回火后的废品率，我们经过多次分析研究、工艺试验，采取如下改进措施。

1.在渗碳淬火前增加一道预氧化工序，将工件加热到(400±10)℃，保温40～60 min。工件出回火炉后及时送入爱协林多用炉内渗碳，保证工件在多用炉内尽可能使各部位均匀加热。

2.改进原用工艺参数

(1)渗碳温度选取为880～930 ℃，较低渗碳温度有利于减少渗碳淬火零件的变形。为此，根据齿轮的使用要求和实际情况，选取齿轮的渗碳温度为900 ℃进行试验生产。改进后齿轮渗碳淬火、回火工艺曲线如图4所示。

(2)淬火油采用的是好富顿MT355分级淬火油，MT355分级淬火油工作范围为60～120 ℃，上限可以为120～150 ℃，提高初始淬火油的温度，由100 ℃提高至120 ℃，增强冷却能力(实际淬火过程中控表温升到147 ℃)。

3.试验采用不同装炉方式

试验齿轮采用不同的装炉方式，从中选定畸变量最小的装炉方式。具体各装炉方式试验结果对比效果如表2所示。

从表2中可以看出内端面三点支撑摆放的大齿轮渗碳淬火、回火后畸变量合格率达到99.9%，根据试验结果进行设计、制作专用内端面三点支撑的工装，保证渗碳淬火后工件畸变最小化，满足工艺文件要求。

结语

经使用改进后的工艺参数和三点支撑工装，可使齿轮获得最小的畸变量，同时使齿轮获得组织和性能等所有指标全部满足技术资料要求，保证了齿轮经渗碳淬火、回火后A端面、B端面畸变最小化，同时满足工艺文件要求，达到了新品机型及时进入大批量生产要求。该改进取得了良好的经济效益和社会效益，年节约各种费用70余万元。事实证明，思路就是出路，观念就是效益。只有不断改进、充实和加以完善，才能满足降低成本、提高产品质量的社会化生产需求。