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粉末冶金齒輪加工有很多方法,但這個你不一定聽說過!

时间:2020-11-17     作者:浙江孚菱機械【原创】

  進行粉末冶金齒輪加工時,傳統工藝是將工件置于氣氛爐中,在滲碳氣氛下加熱,以獲得更高的硬度和耐磨度。但這種方法往往會造成粉末冶金齒輪頂端小區域由于加熱迅速,會比齒根處更早地達到奧氏體化溫度,從而更快地吸碳,最終導致整個粉末冶金齒輪滲碳分布不均勻、硬度不統一而發生變形的結果。


粉末冶金齒輪加工


  低壓滲碳技術的工作原理


  在低壓滲碳工藝流程中,先將零件在真空環境下加熱到奧氏體化溫度,再注入滲碳氣體,這樣可以使粉末冶金齒輪的整個表面碳滲層均勻分布,深度也更加容易控制。多次交替進行的滲碳和脈沖滲碳,能夠在深滲層達到更高的碳濃度。由于加熱是在真空環境中完成的,不與水和空氣進行接觸,所以也不會發生氣氛爐中常見的晶間氧化現象,提高了粉末冶金齒輪的彎曲疲勞度。


  采用低壓真空滲碳工藝生產出來的粉末冶金齒輪具有無內氧化、表面質量好、變形小、工藝穩定、使用壽命長、成本低、耗電少、無污染等特點,自動化程度也比傳統工藝要高。因此,這一技術被廣泛地應用在汽車發動機、變速器、航空發動機等零件的熱處理中。


  在傳統氣氛爐滲碳工藝中,由于齒頂部分吸碳更多、滲層更深,可能會發生過度的膨脹,破壞整個零件的形狀精度。因此,這種工藝生產出來的粉末冶金齒輪必須經過后期大量的磨削加工作業,以對變形進行補償。而采用低壓滲碳工藝,因為滲碳均勻,不會出現過度膨脹,后期磨削加工的工作量也得到了相應的減少,整體加工效率得以提升。據統計,采用氣氛爐滲碳法,16小時可以加工零件10個,每個零件耗時1.6小時;而采用低壓滲碳法,加工10個零件僅需要2.5個小時,平均每個零件0.25小時,工作效率是前者的6倍以上。


  淬火方式帶來的影響


  淬火是加熱工件使之達到奧氏體溫度的手段,也是滲碳的前提條件。傳統的氣氛爐滲碳工藝和真空低壓滲碳工藝都采用油淬法。加熱時由于與液體介質發生接觸,會使零件表面處的液體介質由于受熱而氣化形成氣膜,這種氣膜會將零件與介質隔絕開來,導致淬火速度降低。油淬法的好處就在于用油的攪拌,去除氣膜,提高淬火的效率。


  但是,氣氛爐滲碳工藝和真空低壓滲碳工藝使用油淬法的效果不盡相同,前者會在某些死角處,如粉末冶金齒輪的齒根除等,留下難以去除的氣膜。整個零件由于淬火程度不均勻會產生不同的壓應力,更易造成零件的變形。而后者雖然也采用油淬法,但在真空環境下進行的油淬過程可以有效去除所有氣膜,而不會留下任何死角。這樣可以更好地保持零件的幾何精度。


  除了油淬法之外,真空滲碳工藝還經常采用氣淬法完成淬火。氣淬法是以氣體作為淬火介質,它最大的優勢在于能夠根據工件形狀和材料的特殊要求調整淬火的過程,并且氣淬法的熱傳導系數可以通過提高氣體流速和壓力等手段來調節,使其達到或接近油或水基介質的水平。


  兩種方法相比較,油淬法缺乏靈活性,其某一種淬火油帶來的冷卻速度對不同型號、不同規格的零件不一定全都適用。而氣淬法由于淬火壓力可以調整,淬火氣體以及其流速可以選擇,冷卻速度可以控制。采用氣淬法為零件淬火,可以顯著減小變形,并使齒根處的有效硬化層厚度更大,幾乎相當于齒頂節圓處的有效硬化層。而且,這種淬火方式比較環保,加工的粉末冶金齒輪在出爐時就非常清潔。


  真空熱處理裝置分類


  真空熱處理爐按照作業性質可以分為周期式、半連續式和連續式三種類型。按照爐型結構可以分為單室爐、雙室爐、三室爐和多室爐幾種類型。


  單室低壓真空滲碳爐對零件進行加熱滲碳和高壓氣淬兩道工序都在同一室內進行,冷速及生產效率相對較低。雙室低壓真空滲碳爐是由一個加熱滲碳室和一個氣淬室組成的。零件在兩個室內分別進行加熱和冷卻,可以顯著提高冷速和生產效率。三室低壓真空滲碳爐除了加熱室以外,還配備了油冷室和氣淬室,分別進行油淬法和氣淬法操作。而多室低壓滲碳高壓氣淬爐則是由若干個滲碳室、擴散室、氣淬室、油淬室等組成的。


  與周期式真空滲碳爐相比,半連續式和連續式真空滲碳爐的生產效率更高,分別比前者高25%和40%左右。由這兩種設備構成的半連續式和連續式低壓滲碳高壓氣淬自動生產線將成為今后高品質粉末冶金齒輪等零件滲碳熱處理設備的發展趨勢之一。


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