AG50起動(dòng)電機(jī)齒輪軸材料及熱處理技術(shù)要求

1、AG50起動(dòng)電機(jī)齒輪軸材料及熱處理技術(shù)要求王冰宋新春摘要：摩托車起動(dòng)電機(jī)齒輪軸的熱處理方法可采用滲碳法，軟氮化和高頻感應(yīng)淬火等，根據(jù)不同的方法，選擇相應(yīng)的材料。關(guān)鍵詞：摩托車起動(dòng)電機(jī)熱處理齒輪軸材料分類號(hào)：TM35,TG15文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004-7018(2000)01-0038-021 前言從日本引進(jìn)的AG50摩托車圖紙中，沒有規(guī)定起動(dòng)電機(jī)軸(齒輪軸)的材料及熱處理技術(shù)要求，開發(fā)初期發(fā)生過斷齒、倒齒等質(zhì)量問題。我們根據(jù)不同的材料、熱處理方法及技術(shù)要求，逐次進(jìn)行萬次起動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)，不管合格與否，都要對(duì)齒輪軸材料及熱處理質(zhì)量進(jìn)行全面分析，最后確定材料及相對(duì)應(yīng)的熱處理技術(shù)要求。2 起動(dòng)電

2、機(jī)齒輪軸的工作條件及常失效形式2.1 齒輪工作時(shí)，從嚙合點(diǎn)的齒根的整個(gè)齒面上，均受到有脈沖的彎曲應(yīng)力的作用，而在齒根危險(xiǎn)斷面上造成最大的彎曲應(yīng)力，特別是在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，脈沖彎曲應(yīng)力更大。在脈沖彎曲應(yīng)力的作用下，可使齒輪產(chǎn)生彎曲疲勞而破壞，破壞形式為斷齒。2.2 齒輪工作時(shí)，通過齒面接觸傳遞動(dòng)力，在接觸應(yīng)力的作用下，會(huì)使工作齒面產(chǎn)生接觸疲勞破壞。破壞形式主要為麻點(diǎn)剝落與硬化層剝落兩種。2.3 齒輪工作時(shí)兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)(包括滾動(dòng)與滑動(dòng))產(chǎn)生摩擦力，工作齒面在摩擦力及由摩擦而產(chǎn)生的局部高溫作用下，產(chǎn)生咬合磨損。由此可見，起動(dòng)電機(jī)軸齒輪齒部的工作條件是復(fù)雜的。為了滿足這些工作條件所提出的性能要求，防止齒

3、輪早期失效，必須采取綜合強(qiáng)化，滲碳、淬火、表面感應(yīng)淬火、軟N化等，便是一種綜合強(qiáng)化方式。通過此處理方法，可使表面獲得高的硬度和高的耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度，又可利用表面與心部的硬度不同，建立有利的壓應(yīng)力，提高彎曲疲勞強(qiáng)度。3 齒輪軸的材料及熱處理方法、技術(shù)要求3.1 滲碳(碳氮共滲)鋼的滲碳是在鋼件的滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面獲得一定的表面含碳量和一定的碳濃度梯度的工藝。滲碳的目的是使零件獲得高的表面硬度，耐磨性及高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。根據(jù)所用滲碳劑在滲碳過程中聚集狀態(tài)的不同，滲碳方法可分為固體滲碳法、液體滲碳法及氣體滲碳法。在鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝叫碳氮共滲

4、。滲碳(碳氮共滲)熱處理質(zhì)量受到材料、滲層表面硬度、心部硬度、滲層金相組織的制約。3.1.1 材料常用的材料為20CrMo，20CrMnTi等。3.1.2 熱處理技術(shù)要求(a) 硬化層深度由于起動(dòng)電機(jī)軸齒輪模數(shù)小齒數(shù)少，若硬化層太淺，硬度會(huì)偏低，起不到耐磨作用；過厚則脆性過大，易崩齒。有效硬化層深度應(yīng)在0.10.3之間，最好控制在0.15-0.25之間。(b) 表面硬度表面硬度應(yīng)在HR15N85-91之間。(c) 心部硬度心部硬度過高，會(huì)降低軸齒輪的沖擊韌性；心部硬度過低，則易出現(xiàn)心部屈服和滲層剝落，將心部硬度控制在3045HRc較為理想。(d) 滲層金相組織實(shí)踐證明，如果滲層中所形成的碳化物

5、呈網(wǎng)狀，滲層的脆性大，易于脫落。如碳化物呈粒狀時(shí)，可使耐磨性和接觸疲勞性能得到大大改善。由于此件(軸)小，滲層淺，應(yīng)控制在1-4級(jí)。馬氏體組織粗大將加大脆性，為此將其控制在1-4級(jí)。3.2 軟N化(軟氮化)工件在氣體介質(zhì)中和一定的溫度下同時(shí)滲入氮和碳，而以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體軟氮化。另外還有液體軟氮化，但目前是以氣體軟氮化為主。氣體軟氮化特點(diǎn)是處理時(shí)間較滲氮時(shí)間短，而且表面形成的相，韌性增加。3.2.1 軟氮化的組織與性能軟氮化在滲氮的同時(shí)還有碳的滲入，但由于溫度低，碳在相中的溶解度僅為在-Fe中的溶解度的1/20，因此，擴(kuò)散速度很慢，結(jié)果在表面很快形成極細(xì)小的滲碳體質(zhì)點(diǎn)，作為碳氮

6、化合物的結(jié)晶中心，促使表面很快形成及層。軟氮化層中可能出現(xiàn)的相為，,和相。一般其表面為白亮層(化合物層)，為相。化合物層的性能與碳氮含量有很大的關(guān)系，含碳量過高，雖然硬度較高，但接近于滲碳體性能，脆性增加；含碳量低，含氮量高，則使硬度降低，脆性增加。因此，應(yīng)適當(dāng)控制含碳、氮量。軟氮化常用的溫度為570。3.2.2 起動(dòng)電機(jī)軸常用材料40Cr，35CrMo，40CrMo等。3.2.3 熱處理技術(shù)要求(a) 基體硬度工件加工前要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，熱處理硬度為2534HRc較為理想。(b) 軟氮化技術(shù)要求表面硬度500HV0.1以上，化合物層7m以上。3.3 高頻感應(yīng)淬火高頻感應(yīng)淬火是利用高頻感應(yīng)電流通

7、過工件產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面局部加熱，隨之快速冷卻，獲得馬氏體的工藝。它是一種只改變零件的表層組織而不改變表層的化學(xué)成份的強(qiáng)化方法。高頻淬火要進(jìn)行低溫回火，其目的是降低余應(yīng)力和脆性，而不致降低硬度。3.3.1 常用材料40Cr，35CrMo等。3.3.2 熱處理要求(a) 基體硬度工件加工前要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，熱處理硬度控制在25-35HRc較為理想。(b) 高頻淬火技術(shù)要求零件淬火后，表面不應(yīng)有裂紋，灼傷等缺陷。表層硬度50-60HRc,硬化層深度0.5-1.5mm。金相組織按ZBJ36009-88進(jìn)行檢查，39級(jí)合格。4 結(jié)束語近幾年的實(shí)踐證明，摩托車小型起動(dòng)電機(jī)齒輪軸熱處理方法，可采用滲碳(碳氮共滲)淬火、高頻感應(yīng)淬火、軟氮化等。但不管采用哪種方法都應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來確定材料及