现代工业的发展对齿轮传动精度的要求越来越高，既要求承载能力高，使用寿命长，安全可靠，同时还要求体积小、质量轻、传动平稳噪声低，而能达到以上各项要求的只有渗碳淬火并磨齿的齿轮。然而，热处理变形却一直是我国齿轮生产中.需要攻克的一道难关。这是由于影响渗碳热处理变形的因素太多，包括材料的化学成分和淬透性、齿轮的几何形状、预先热处理的组织、零件装夹方式、淬火温度和时间淬火介质、淬火方式等。

1、热处理变形原因

淬火时，淬火应力越大，相变越不均匀；比容差越大，则淬火变形越严重。通过对齿轮渗碳淬火冷却时各部位的冷却速度、组织及硬度状态比较分析，可以发现各部位冷却速度的不同导致产生热应力，由冷速不均匀所导致组织转变的不同时性会造成组织应力。

2、影响齿轮热处理变形的因素及控制方法

2.1齿轮设计

齿轮结构

齿轮的结构，例如形状、尺寸等是影响热处理变形的因素之一。动锥齿轮模型，其齿部厚度Lo与齿座厚度L的比例影响齿轮底面变形，当L≥Lo时，齿轮底面变形。要比L<L时小；内环与外径的尺寸比例，有无螺纹孔都会影响齿轮的变形；此外由形状、尺寸引起的不同部位的冷却速率不同，所产生的热应力不同，也会导致齿轮不规则的变形。

机械加工

齿轮的热处理变形与机械加工相关，机械加工会产生加工应力，受切削工艺不当、刀具用钝等因素的影响，会造成更复杂的应力状态，这种应力在热处理过程中得以释放，由于齿轮在高温下的强度较低，释放的应力会导致齿轮的塑形变形。

此外，齿轮不同的切齿方式会在表层形成不同的应力状态，导致其变形倾向也不尽相同，因此必须采用合理的加工工艺，降低加工应力。当通过一些手段措施将齿轮的变形波动控制

在一定范围之内，可以对齿轮在热前的尺寸进行调整，即预留加工余量以补偿热处理产生的变形量。

2.2原材料

齿轮热处理变形是齿轮在热处理过程中，因齿轮各部位组织结构不同或组织转变不同时所产

生的尺寸和形状的变化。因此，由于材料的不稳定和缺陷而导致的齿轮热处理过程中变形失控已成为影响精度的关键之一凹。

淬透性

在相同热处理工艺条件下，齿轮各部分的冷却速率相同，但由于材料淬透性不同会导致齿轮各部分，特别是心部位置相变进程不同，最终转变组织也不同。通常，对于淬透性较低的材料，齿轮心部以铁素体和贝氏体为主，齿轮变形较小；对于高淬透性材料，齿轮心部以低碳马氏体和贝氏体为主，齿轮变形较大。通过实际生产检验和热处理工艺模拟发现，对于不同淬透性材料而言，齿轮底面变形趋势和规律也不同。

严格控制淬透性带宽是控制热处理变形的重要手段之一，材料化学成分不同会导致淬透性不

同，因此淬透性的波动受到材料化学成分波动的影响。控制淬透性带宽就需要严格控制材料化学成分的波动。

组织缺陷

a.带状组织多数为沿轧制方向呈现层状分布或条带状分布的铁素体与珠光体，带状组织的形

成与成分的偏析有关，元素贫瘠区的Ar3比富集区的高，相变过程中在贫瘠区首先析出铁素体，而多余的碳元素则扩散到富集区发生珠光体转变，从而形成带状组织。带状组织会导致材料的各向异性，造成齿轮在热处理过程中出现不规则的变形。有研究结果表明，含有带状组织的22CrMo齿轮钢在不同方向试样的淬火变形量呈现明显各向异性，垂直于轧制带的膨胀量明显大于轧制带方向。不同带状组织的合金元素富集程度不同，导致相变产生的塑性应变制约相邻带的膨胀变形，热轧态22CrMo齿轮钢淬火膨胀呈现无规律性。

b.奥氏体晶粒度是影响齿轮热处理变形的重要因素之一。具有粗晶粒的材料热处理变形明显比具有细晶粒材料的大，由于奧氏体晶粒度不同，淬火后的马氏体粗细不同，即粗大的奧氏体晶粒淬火后转变为粗大的马氏体，导致产生的组织应力也相应的变大，因此热处理变形量就会增大。

c.混晶组织是在细晶粒上分布着粗大的晶粒，两者晶粒度差别在3级以上，表现为晶粒大小混杂，无规律性。奧氏体晶粒异常长大导致混晶组织，混晶严重的组织因锻造时不同晶粒变形率不同，加之结构遗传效应，原始晶粒粗大的部位正火后晶粒仍然粗大，尤其是目前常用的20CrMnTi钢，同炉锻造正火的锻件晶粒差别达3~4级。晶粒不均匀，尤其是局部晶粒粗大会使齿轮渗碳后出现粗大组织和网状碳化物，从而导致淬透性不同，产生不均匀变形凹。

2.3热处理工艺

装料方式\挂件

齿轮进行渗碳热处理加工时，常常需要在高温状态下持续放置数小时甚至十几个小时的时

间，因此零件在高温状态下由于自重而引起的蠕变也是齿轮最终变形的原因之一。可见，研究齿轮装炉装载方法对克服蠕变而引起的热处理平面度变形是十分必要的。

齿轮零件渗碳时一般采用平放装载和吊挂装载两种装炉方式，视零件的具体结构而定。有研

究表明凹，平装零件变形合格率比吊装零件变形合格率高很多，前者的合格率比后者的合格率高约25个百分点。又如，齿轮穿串式装炉渗碳，如果每串装的过多的话，每串下部齿轮将因自重而产生变形或粘连。

淬火温度

齿轮在渗碳加热和冷却过程中产生的热应力和组织应力是造成热处理平面度变形的重要因

素。淬火温度过高，易造成淬火后马氏体针粗大，从而降低齿轮的韧性、疲劳强度，并使组织应力引起的淬火变形量增加。有研究表面，采用850℃淬火的齿轮零件变形合格率比采用870℃淬火的零件合格率高9.1个百分点。适当降低渗碳及淬火温度对减小变形是有利的，但淬火温度不能太低，否则，对于有效尺寸较大的工件心部就可能留有较多的铁素体组织。

淬火介质和方式

一般来说，淬火介质冷却速度愈快，零件的变形就愈大，淬火介质冷却速度愈低，零件的变形就愈小，这是因为，当冷却速度愈快，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大。理想的淬火介质是在Ms点以上快速冷却，而在Ms点以下发生马氏体转变时冷却相对慢一些，以使马氏体转变时产生的热应力和组织应力最小，这样就可以有效地减小淬火变形。正确的选择淬火介质和淬火方法，在满足性能要求的前提下，应选用较为缓和的淬火介质或采用分级淬火、等温淬火。例如，对于中等尺寸或薄小零件，采用马氏体分级淬火可大幅度降低零件变形的分散度。此外，淬火介质的搅拌速度对变形也有影响，一般来说搅拌速度高会加剧变形，但同时搅拌速度高，油的流动性好，使工件能够冷却均匀，又有利于减小变形。对于不同的零件需要通过试验来确定不同的搅拌速度。

压淬

采用压床淬火是目前热处理生产中限制汽车从动锥齿轮淬火变形最有效的手段之一，改变压床参数可以进一步减小热处理变形。例如，根据齿轮底面的变形规律，改变压床底面角度，使齿轮底面产生一个反方向的预变形，这样就可以明显地降低齿轮底面变形，此方法适用于底面变形较大的齿轮零件。