20CrMnTi汽车变速箱齿轮的制造与热处理

20CrMnTi汽车变速箱齿轮的制造与热处理

一、工作条件分析
变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件，用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。故齿面在较高的载荷（冲击载荷和交变载荷等）下工作，因此磨损快。在工作过程中，通过齿面的接触传递动力，两齿面在相对运动过程中，既有滚动也有滑动，存在较大的压应力和摩擦力，经常换挡使齿根部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性，心部有足够的强度和冲击韧性（3其失效的主要形式为：
   （1)齿面接触疲劳磨损；
   （2)齿面磨损；
   （3)轮齿折断;
   （4)齿端磨损、齿面塑性变形和崩角。

二、材料的选用图2-7汽车变速箱齿轮
根据变速箱齿轮的服役条件，采用20 RMNTI低合金滲碳铜是适宜的，该钢的滓透性和心部强度较高，含碳量低，故可使齿轮心部具有良好的韧性；合金元素铬和锰的存在提高了滓透性，心部得到低碳马氏体组织，增强了钢的强度；而铬元素还有促进滲碳、提高滲碳速度的作用；锰具有减弱瀋碳时表面含碳量过高的作用；而钛阻止加热时奥氏体晶粒的长大，提高钢的强度和韧性。变速箱齿轮的形状和尺寸如图2-7所示。
三、机械加工工艺流程
变速箱齿轮的毛坯质量至关重要，通常采用锻造成形，必须控制钢材的带状组织，使其不超过3级。加工流程如下；毛坯成形一预备热处理一切加工一港碳（或碳氮共）一最终热处理一喷丸(砂）一精加工。
1.毛还的预备热处理一正火
20 CrMnTi钢变速箱齿轮在加工时，要求有低的表面粗麓度，良好的切削加工性，使插齿的切屑星卷曲带状，减轻机床负荷也延长刀具的寿命。因此进行正火处理后，硬度应在179~217HBS之间，得到均匀分布的片状珠光体十铁素体，确保了上述要求。其正火工艺温度为950~970℃,透烧后空冷或吹风、喷雾冷却，若硬度低可采取先水冷后空冷的措施。
2.滲碳
在井式碳炉内进行齿轮的淞碳，考虑到滲碳速度和碳过程中的变形问题，一般藩碳温度选择在920~940℃之间，港碳保温时间取决于要求的港碳层深度，其实际深度为要求的滲碳层深度外加齿轮的单边磨量的两倍，故在实际作业过程中应合理选择渗碳时间。资料介绍潜碳时间可参考公式：
式中，X为碳层深度，mm;  t为滲碳时间，h。图2-7的齿轮要求滲碳层深度0.8~1.3mm，滲碳层含碳量0.8%~1,05%,碳后的组织由外向里为：过共析层+共析层亚共析层。滲碳工艺如图2-8所示。

四、变速箱齿轮的最终热处理
1.技术要求（1)齿面硬度58~62HRC，心部硬度33~48HRC;图2-8  75kW井式炉20 CrMnTi钢汽车变速箱齿轮滲碳工艺规范
(2)变形量不大于0.25mm;(3)金相组织：表层为回火马氏体十+均匀分布的细粒状碳化物十少量残余奥氏体，心部为低碳马氏体十少量铁素体。
2.齿轮滲碳后的最终热处理工艺
最终热处理后齿轮获得高硬度、高强度的表面层和良好韧性的心部。根据变速箱齿轮性能要求和材料的特点，该齿轮可在井式炉渗碳后待炉温降到850~860℃出炉直接淬火，图2-9所示为滲碳后直接淬火的热处理工艺规范。

3.需注意的几个问题
下列情况不能在滲碳后直接淬火，而要采用一次加热淬火十低温回火方法，才能确保齿轮的技术要求。（1)对于滲碳后需再进行车削加工的齿轮；（2)由于热处理设备条件限制不能进行直接淬火的齿轮。对于需对非滲碳面加以保护的部位按要求进行防滲处理，常采用的方法有涂料保护法、堵孔法、预留加工余量法、钢套螺栓保护法及电解镀铜法等。