袁岳东
（常熟天地煤机装备有限公司）

某短壁采煤机调高齿条如图所示，是一个典型的极容易弯曲变形的轴类零件。该齿条设计精度高，加工难度大，必须对加工基准、齿形加工及热处理工艺进行分析和控制，特别是在齿条渗碳和淬火及冷处理过程中的变形进行分析和控制。由于该材料的淬透性很高，齿条又是单面齿形，变形无法避免。

渗碳淬火后一般用冷校直的方法进行修正，由于是渗碳整体淬火不管是齿条表面还是心部硬度多很高，在校直时容易产生微裂纹甚至发生断裂。同时由于变形大，冷校的效果不理想，采用预留加工余量的方式来修正消除变形量，Z终使齿条有效硬化深浅不一，硬度不均匀度加大，残余应力分布不均匀等问题，影响Z终的制造精度、降低承载能力和使用寿命，渗碳和淬火过程中产生的变形控制已成为齿条制造过程中的技术关键之一。
1.齿条热处理变形现状
（1）齿条技术要求
材料为18Cr2Ni4WA，长1836mm，直径245mm，模数25，齿数21.5，齿距78.54mm，齿距偏差±0.03mm，精度等级7GK GB/T 10096—1988。齿面渗碳淬火，有效硬化层2.50～3.00mm。淬火硬度56～60HRC，心部硬度35～41HRC。
（2）齿条加工工艺路线
下料→锻造→正火+回火→车→消应力→铣→渗碳+淬火→磨外圆→车→磨平面→精铣（齿形）→钳→检验。
（3）热处理变形状态
该齿条为长轴类非对称齿轮渗碳件。2.0t吉埃斐密封箱式多用炉生产生产线设备，齿面朝上水平3点支撑放置渗碳淬火。在热处理过程中受热应力、组织应力以及附加应力等综合作用的结果，齿条变形很大，并且呈扭曲变形，齿条变形情况：齿条呈齿面方向向上翘曲呈凸面歪曲，歪曲变形量在1.55～7.80mm；小平面侧弯在0.58～1.20mm，呈凹面；齿条长度方向总体缩短，缩短量在0.85～1.80mm；棒间距呈不同程度增大，增大在0.40～0.78mm；轴径呈胀大趋势，胀大在0.35～0.55mm。
2.齿条变形原因
（1）热应力引起的变形
热处理工件变形的变化是由于内应力和外应力综合作用形成的，在加热和冷却过程中工件的各部分温度差异，热胀冷缩不均，内部就产生了内应力。该齿条形状相对复杂（底部及单侧为平面，齿底部到轴中心线很近）、齿部表面积明显大于下平面、又是不对称结构工件，在加热和冷却过程中产生的内应力更大。当应力值超过材料的屈服强度，就要发生塑性畸变，由此发生工件产生翘曲、扭曲等变形。加热温度越高，热应力越大，变形越大；冷却速度越快，变形越大。在热应力占主导时，工件向快冷面齿面凸起歪曲。
（2）组织应力引起的变形
组织应力引起变形是由零件在渗碳、淬火、冷处理过程中由于组织转变所造成组织比容（体积）变化的不一致所造成的，组织改变引起的体积变化可见表1。
马氏体转变时的体积变化将产生不同的相变畸变量，这就可能造成不同的变形量，钢中含碳越高，则转变马氏体时的比体积变化越大，见表2，即膨胀量越大。奥氏体中含碳量越高，变形越大；形成的马氏体量越多，变形越大；残留奥氏体和未溶碳化物越少，变形越大。

表1  钢淬火、回火时的体积变化（计算值）

注：wC表示淬火钢马氏体中的含碳量（质量分数，%）。 

（3）残余应力引起的变形
锻造造成的应力、机械加工（车削 、铣齿）造成的加工应力，如果在热处理前不采取措施预以消除和减少，在渗碳淬火过程中，必将加大齿条热处理变形。
（4）渗碳淬火过程引起的变形
齿条采用航空渗碳材料18Cr2Ni4WA制造。由于含有较多的铬、镍、钨合金元素，抑制了过冷奥氏体向珠光体转变的速度，因而淬透性极大，渗碳淬火后，强度和韧性都。该材料在渗碳处理后，表层的碳与合金元素大量溶入到奥氏体中，显著提高了奥氏体的合金度，贝氏体转变曲线大大右移，在空冷条件根据装炉及齿轮尺寸也能转变成含量不同的贝氏体和马氏体，由于工艺的复杂性，该材料制造的齿轮在热处理后变形比较大，这是由于齿轮经过多次加热与冷却，因此变形比较大。渗碳后的渗层的Ms温度点从渗碳前的310℃下降到80～90℃。这种渗层与心部所含碳量差异使淬火时产生心表马氏体转变的倒逆顺序。这种相变顺序有时受到齿轮尺寸、装炉方式条件及冷却条件的影响而改变，所以使齿条在热处理时产生的应力变得相当复杂，齿轮变形程度也变得比较离散。
齿条渗碳淬火冷却时，由于表层