齒輪是商用飛機發動機中重要的零件部分,它的主要作用就是改變發動機曲軸以及傳動軸的速度比。由于齒面需要在載荷比較高的情況下工作,因此它的磨損速度是比較快的。通過科學的熱處理工藝,可以很好的改善磨損快的問題。
在工作過程中,通過齒面接觸進行動力的傳遞,兩齒面處在相對運動的狀態,不但存在滾動的情況,而且也存在滑動的情況,因此會產生較大壓應力和摩擦力,商用飛機在飛行期間,可能會讓齒端部受到較大沖擊。
想要讓齒輪具備較強的抗彎性能、接觸疲勞強度以及耐磨性,則其內部應該要具備較強的強度和沖擊韌性。
1、材料的選擇
根據齒輪的工作特點,并結合其使用的要求,一般選擇低合金滲碳鋼作為主要原料。
這是因為該材料具備:一是材料中的合金元素比較多,從而可以在滲碳后具備足夠的淬透性,讓齒輪變形量變小,二是齒輪的韌性和強度都能夠得到保障,確保齒輪可以滿足實際工作的需求。
滲碳鋼材料可以細分為很多種,其中比較常用的有20CrMnTi、20CrMnMo以及18Cr2Ni4WA。
根據齒輪的使用條件,大多數情況下使用的是20CrMnTi低合金滲碳鋼,這種材料的淬透性和心部強度都比較好。
因為材料中碳的量比較低,因此可以讓齒輪的心部具備足夠強的韌性,而合金元素鉻和錳能夠有效提高淬透性,心部的低碳馬氏體組織能夠讓鋼材強度增強,鉻元素有助于促進滲碳,并且提高滲碳的速度,錳元素還可以減弱滲碳材料表面碳含量高的情況。
2、熱處理工藝
齒輪加工的工藝流程:下料、毛坯成型、預備熱處理(正火)、切削加工、滲碳、最終熱處理、噴丸(砂)、精加工。
熱處理工藝所應該要達到的技術要求為:
齒面的硬度在58~62(HRC);
心部硬度范圍為33~48(HRC);
變形量不能夠超過0.25mm;
金相組織的表層為回火馬氏體+細粒狀碳化物(分布需要均勻)+殘余奧氏體(少量),金相組織的心部應該為低碳馬氏體+少量鐵素體。
具體的熱處理工藝步驟:
毛坯的預備熱處理:
在加工的時候20CrMnTi鋼材料應該要具備較高的光潔度,切削性能要好,可以讓插齒的切屑呈現出卷曲帶狀。
正火處理后,材料的硬度應該要控制在179~217(HB)之間,為了達到該硬度要求,正火工藝的溫度需要控制在950~970℃。
透燒后通過吹風、噴霧、空氣等方式進行冷卻,如果硬度比較低,可以先進行水冷然后再進行空冷。
齒輪的滲碳:
需要考慮到滲碳的速度以及滲碳過程中可能存在的變形問題,通常來說,滲碳的溫度需要控制在920~940℃之間,滲碳保溫的時間可以根據滲碳層的深度來決定,實際的深度是滲碳層深度加上齒輪單邊磨量的兩倍,因此在加工的時候,滲碳的時間一定要計算準確。
熱處理:
在經過熱處理后,齒輪表面層的硬度和強度都會變高,而且心部的韌性也會比較良好,根據實際性能要求和材料特點,在滲碳后等到爐中的溫度下降到850~860℃是,就可以對其進行淬火。
商用飛機發動機中包括很多個零件,齒輪是其中之一,在加工齒輪的時候熱處理是很重要的步驟,一定要嚴格的按照工藝標準來加工處理。
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