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在齿轮的加工中，由于齿轮的形状复杂,切削量大,齿轮的切削加工占生产成本比重很大,所用刀具(如齿刀、花键拉刀)价格昂贵,能够用正火处理工艺来改善锻坯的切削加工性能。普通正火(奥氏体化空冷或风冷)处理,因季节环境(正火处理现场的湿度、空气流动情况、温度等)变化和钢材的成分波动(在该钢号成分允许的范围之内),使正火钢件切削加工性能恶化,出现烧刀、打刀现象,并使齿轮切削加工后的残余应力增大,从而加大了生产齿轮的成本,而且增大了运行时的噪声和降低了产品质量，使变形增大并破坏了齿轮渗碳淬火后的变形规律,使其成为渗碳齿轮生产中的难题。当钢的成分相同或近似时,改善钢件的切削加工性能可以使钢材的强度和硬度降低,同时使钢材的塑性和韧性降低。但在多数情况下,强度、硬度增加会使韧性、塑性的降低或者与其相反。为了塑性和韧性都很高的渗碳钢的切削性能的提高,一般可以适量的提高强度和硬度从而降低韧性和塑性。对于合金渗碳齿轮钢锻坯,锻后会因为碳浓度分布比较均匀,奥氏体的晶粒比较粗大,单件锻坯空冷冷却速度较大而荣易获得贝氏体(主要是由贝氏体、马氏体与铁素体、奥氏体等混合组成的粒状贝氏体),有较高的强度和韧性,恶化切削性能。但在进行普通正火时,如果使用标准中规定的正火加热温度,因为温度不高,奥氏体晶粒比较小,加之改善钢件的切削加工性能，成堆冷却等原因,可以获得铁素体加珠光体(F+P)组织,但是韧性和塑性的过高,硬度和强度的过低,会不利于切削加工性能。如在采用吹风等加快冷却速度时,表层钢件又容易使得贝氏体的出现从而使其切削性能降低,不具备使每一个锻件都获得强度和硬度较低,韧性和塑性也较低的铁素体与珠光体组织的条件[6-9]。合金渗碳钢等温正火的优势是热处理后，钢件组织均匀和性能稳定还能完全避免贝氏体组织的出现。等温正火主要目的是为了获得珠光体与铁素体组织[10-15]。在珠光体型转变中获得的珠光体团中铁素体和Fe3C片间距一致,切削加工性能好,工件切削后表面变形小。能否实现真正意义上的等温正火,关键在于等温前冷却速度的控制[16-19]。
1.2 国内外相关研究情况论文网
1997年朱启惠，刘云旭研究了常用渗碳钢，试验用钢为汽车制造行业中实际使用的几种合金渗碳钢: 20CrMnTi、30CrMnTi、20CrMnAl (20MnCr5德);30CrMo(30CD法);30CrNi3和20CrNi(19CN5法)利用锻造余热在正火过程中可能出现的不良显微组织以及它们在再次加热时粗大晶粒的遗传性。得到的粗大奥氏体晶粒用形成的平衡组织α+P可以切断在再次加热时粗大晶粒的遗传性。控制停锻后钢件的冷却速度和温度，在等温处理的方法,这可以避免形成Wα、B、M相等非平衡组织。合金渗碳钢利用锻造余热进行等温正火,可以获得技术要求的显微组织和硬度[14]。2004年孙艳和解滨通过对20CrMoH钢样品，经过不同温度的等温正火处理后，通过测量试样的表面的硬度,发现普通正火冷却速度对钢件硬度的影响事是随着冷却速度的增大而硬度逐渐增高。获得最佳的硬度(170—200HBS)的冷却速度的范围比较小。等温正火会随着等温温度的降低,硬度逐渐增高,但当等温温度低于540℃,等温处理后的硬度会迅速升高[1]。2010年刘红军通过对 8620H 齿轮锻件等温正火中的加热温度、冷却速度、冷却时间和等温温度的分析得到合金经 1050 ℃× 20 h 退火处理后， 发现组织发生明显变化，组织分布比较均匀，晶粒变得细小，合金处于更稳定的状态。 同时合金在显微硬度下降至139.7 HV，有利于触头的加工成型。 合金进行退火处理后， 合金组织由第二相和基体相组成，，第二相是由Co， Ni 和Ti 组成的化合物，基体相为 Cu-Ni 相，没有合金元素 Co、Ti、Mo 等集中的现象[20]。而本次课题中，通过对锻后的42CrMo进行等温正火工艺，研究正火温度、保温时间、冷却方式等因素对材料组织与性能的影响，获得可满足机加工需要的等温正火工艺。