重载齿轮的结构设计与热处理工艺分析

重载齿轮是有矿山、建材、冶金和石油化工行业等重工业设备的主要组成部分，在运输和机械配套设施中，要优化重载齿轮的结构设计和热处理工艺，提高其机械设备的工作效率，特别是在石油机械生产类的行业中，有效防治其齿轮的畸变。

有效分析重载齿轮的结构设计和热处理工艺的最终目的是为了更好的促进机械设备的正常运行，提供重工业行业的工作效率，从而整体上提高其经济效益和社会效益，在运作过程中，齿轮的内部结构和工作原理是需要着重考虑的。

一、重载齿轮结构设计和热处理工艺现状 

一般来说，重载齿轮具有承载量大，受冲击力较强且安全性能要求高的特性，在使用过程中，需要用到耐磨性较高的材质，促进其接触地面的疲劳强度提升，同时能够形成比较高的抗地面冲击力。在正常情况下，重载齿轮是用接近于20crmnmo地碳合金结构的钢结构制造，需要通过一定的淬火处理来实现高性能、强耐磨性的特质。 

而对于重载齿轮的热处理工艺，简单的处理工艺是在渗碳之后，进行降温直到淬火的温度。类似的热处理工艺方法通常容易造成材料晶粒比较粗大，而且脆弱，齿轮的工具组织应力大，一般智能光承受规模较小的强度不高的重量。当前20crmomn比较常用的热处理工艺是将其渗碳之后，冷却到550℃出炉，再重新加入到火炉中淬火。通常情况下，出炉温度与工件表面的氧化脱碳成正比，温度月底，共建降温速度越慢，所以说，这种热处理工业的耗时比较长。需要进行进一步改进。 

而齿轮的结构设计和热处理工业要建立在较好的防止齿轮畸变的前提下进行处理和分析，首先必须要弄清楚载重齿轮畸变的影响因素有那些。 

二、影响重载齿轮畸变的主要因素 

在当前的内燃和电力机车等重载齿轮设计中，影响其载重齿轮渗碳淬火过程形成畸变的主要因素有以下几种:材料淬偷、齿轮结构及尺寸差异、齿轮装料、冷却设备及预处理组织等。在防治重载齿轮畸变过程中，要全面综合考虑以上几种因素，在结合合理的工艺设计方案，最大限度的发挥重载齿轮的优越性，防治形成畸变。 

一般来说，重载齿轮的材质是15crni6，而其硬度层次为2—2.4mm，齿面的硬度是59-61hrc，心部的硬度为35-42hbw。 

但是对于重载齿轮而言，在渗碳淬火过程中，如果材质没有达到要求或者没有高标准的要求的情况下，加热和冷却过程会随着热应力和组织应力的发生而产生一些影响，导致其齿轮的畸变趋势。在热处理过程中，由于齿轮受热和冷却的条件和其自身结构的多方面影响，存在不均匀性，因此导致齿轮的畸变通常难以避免。通常，重载齿轮的渗碳淬火过程，往往也是发生畸变的复合型过程，形成锥度、椭圆或者翘曲等形式，根据其规格和材质结构的不同，畸变的侧重点也不相同，这些给日常的工件组合，载重齿轮运作是非常不利的。畸变的齿轮面，往往会给齿面的磨削加工带来很多的不便利因素。 

三、载重齿轮工艺技术的处理的要求 

第一，在渗碳阶段，需要加强渗碳的强度和深度扩散，加快工艺参数的时间，使得渗碳速度能够与其齿轮表明要求的碳浓度、深度以及浓度梯度等多项质量指标相符合，一般来说，渗碳的温度大约可以控制在900℃左右。

第二，冷却阶段，在渗碳过程中，随着炭炉温度的减低，表层将会出现少量熹微的碳体，当温度冷却到大约600℃的时候，可以作适当的等温停留。在这一过程中，可能形成和发生由奥氏体向珠光体转变的情况，然后进行渗碳表层的碳化物球化作用，为接下来的淬火打下基础。一般来说，重载齿轮的表层碳浓度要控制在0.85%-1.00%左右。

第三，淬火阶段。这一阶段是进行重载齿轮设计和处理阶段的关键，因为淬火加热是控制其性能和结构的关键环节。首先，需要加热到840-860?左右，进行工件心部的铁要素的转变，使珠光体又转化为奥氏体，之后深入部分的碳化物，保障淬火之后，形成高硬度和高强度的马氏体。 

第四，进行回火。这是热处理阶段的最后一环节，将温度控制在200-240℃，进行低温回火，促进淬火的马氏体逐渐系那个回火马氏体转化，最大限度的分解残留在表面的奥氏体，保障转化的充分性，一般来说，需要采取2次回火。

四、重载齿轮的热处理过程结构设计 

第一，重载齿轮的毛坯组织均匀性结构。毛坯组织的均匀性能够有效的影响渗碳淬火过程畸变形成。一般来说，重载齿轮的毛坯组织锻造比为5-6，保障其始锻温度和终锻温度，然后通过预处理的调质进行组织改善，促进奥氏体的碳颗粒尽量保持均匀性。 

第二，加热和冷却的重载齿轮组织结构设计。在渗透淬火阶段，炉温不宜过高或者过低，保障其预热阶段，促进齿轮的均匀受热，同时尽量减少齿轮各部位由于温差的原因而形成齿轮畸变。在渗碳冷却时，需要进行二次加热淬火，井式的缓冷罐以及水冷壁等都能一定程度上降低其冷却速度，防治碳化物在晶界析出之前，过早的冷却而形成的畸变。所以在设计重载齿轮的结构中，一般将其设备结构的直径控制在f600mm左右，圆柱形的齿圈要尽量在井式的炭炉中进行受热，然后在圆筒状的油槽中冷却下来，尽量使其圆周的冷热均匀化。另外，圆柱形的齿轮装炉结构组织直接受影响于装炉方式，所以，需要充分考虑其承载平面的平整度和安全度。 

所以说，重载齿轮在矿山、建材、冶金和石油化工行业等重工业设备中占据着重要的组成，其结构优化处理和热处理过程合理化是提高其机械设备形成了产品的优质化的基本前提，根据重载齿轮的自身特质和热处理过程的各项工艺设计，需要进行有层次、有重点的处理，以有效的防治齿轮的畸变。 

综上所述，一般来说，重载齿轮根据其形状和规格的不同，需要进行批量的生产验证，在渗碳淬火阶段，需要有效的防治由于受热不均或者结构组织不合理而形成的畸变。当前，在渗碳淬火阶段已经取得了初步的进展，在防治和预防齿轮畸变中，优化结构设计。因此，合理的选材和科学的齿轮淬火理化技术对其具有重要意义，从齿轮的材料合金成分以及窄淬透性带材料的应用，还需要通过更进一步的研究和分析，通过科研技术和生产制造工艺的不断发展，促进技术的进步。选择中重，选择品质！