铸铁齿轮热处理工艺设计优化

球墨铸铁制拖拉机减速齿轮的热处理工艺设计

（1）铸铁齿轮失效分析 齿轮运转时齿根承受往复弯曲应力的作用，以往采用QT800-2制造，经淬火和低温回火后（硬度在55～60HRC）使用。其耐磨性良好，但使用到不足500h就发生断齿现象。破断面呈现不明显的疲劳源及其扩展纹，以脆性断裂特征为主。初期分析认为是由于韧性较差导致弯曲疲劳强度不佳造成的。为了提高韧性曾采用降低硬度的办法，结果硬度降低到48～50HRC，仍解决不了断齿问题。同时，有的未断齿的齿轮耐磨性却大幅度降低。

根据资料所载，球墨铸铁等温淬火后，具有强韧兼优的性能，且耐磨性良好。由此进行了球墨铸铁牌号选优及其等温淬火工艺设计。

（2）球墨铸铁牌号的选择 试验研究表明，材料的疲劳强度既与其抗拉强度有直接关系，也与其韧性有密切关系。为了在提高韧性的条件下而不降低其强度，拟选择QT900-2牌号的球墨铸铁制造该减速齿轮并最终施以等温淬火处理。球墨铸铁成分（质量分数）：C3％～3.6％，Si2.8％～3.1％，Mn0.3％～0.5％，P＜0.06％，S＜0.03％，Mo0.15％，Mg0.035％～0.60％，RE0.03％～0.05％。

（3）毛坯预备热处理 为了给最终的等温淬火奠定良好组织基础，该齿轮毛坯进行雾冷正火，以便彻底消除铁素体。试验表明，空冷正火后的组织（体积分数）为85％～90％珠光体，风冷正火后的为90％～95％珠光体，喷雾冷却正火后的珠光体可达98％以上，其力学性能相应提高，如表3-1所示。为了改善可加工性，正火后进行一次高温回火。

表3-1 球墨铸铁雾冷正火和空冷正火后的性能比较

球墨铸铁齿轮预备热处理工艺曲线，如图3-5所示。(www.xing528.com)

（4）等温淬火工艺 拖拉机减速齿轮的等温淬火工艺曲线如图3-6所示。

图3-5 球墨铸铁齿轮预备热处理工艺曲线

图3-6 拖拉机减速齿轮的等温淬火工艺曲线

（5）处理结果 齿轮实物硬度为43～45HRC；同炉处理的试样力学性能R_m为905MPa，A为1％～2％，a_K为60J／cm²，硬度为45HRC。齿轮断齿问题得到根本解决，且耐磨性良好。