柴油發電機齒輪的作用和熱處理工藝
發布時間：2024-05-02 點擊：120
柴油發電機齒輪作為康明斯發電機組上關鍵零件，主要用于傳遞動力和運動，并通過它們來改變柴油機曲軸和主軸齒輪的速比。由于康明斯發電機組運行狀況隨路況隨機變化，因而柴油發電機齒輪的工作狀況非常復雜，這就要求柴油發電機齒輪具有良好的內質量。
一、柴油發電機齒輪特點與作用
1、柴油發電機齒輪的內在質量主要是指齒輪的顯微組織、力學性能等指標滿足技術要求，同時其他缺陷必須控制在規定的技術范圍之內。
2、柴油發電機齒輪內在質量的優劣是決定齒輪質量的關鍵，其完全取決于熱處理質量，是齒輪實現低噪聲、高精度，長壽命的關鍵因素。
二、柴油發電機齒輪熱處理工藝
柴油發電機齒輪熱處理（工藝）包括：一是普通熱處理，如退火、正火、淬火、回火、調質；二是表面熱處理，其包括表面淬火（如感應淬火、激光淬火等）和化學熱處理（如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲等）。
1、調質
調質是將齒輪等零件淬火后進行高溫（500~650℃）回火的操作。調質處理常用于含碳量0.3%~0.5%（質量分數）的優質碳素鋼或合金鋼制造的齒輪。
調質可以細化晶粒，并獲得均勻、具有一定彌散度、優良力學性能的回火索氏體組織。一般經調質處理后，齒輪硬度可達220~285hbw。調質齒輪的綜合性能優于正火。
調質常用于齒輪的預備熱處理（如滲氮、感應淬火前的調質處理）和最終熱處理。
2、表面淬火
齒輪齒面淬火硬度一般為45~55hrc。表面淬火齒輪承載能力高，并能夠承受沖擊載荷。通常表面淬火齒輪的毛坯經正火或調質處理，以便使齒輪心部有一定的強度和韌度。
表面淬火主要有感應淬火、激光淬火與火焰淬火等。與滲碳淬火相比，表面淬火變形小、成本低、效率高。
柴油發電機齒輪表面淬火主要采用感應淬火工藝。由于感應加熱速度快，幾乎沒有氧化、脫碳，齒輪變形很小，還易于實現局部加熱及自動化生產，熱處理成本低。因此，在現代化康明斯發電機組行業中得到廣泛應用。
3、滲碳與碳氮共滲
（1）滲碳淬火
滲碳淬火是先將齒輪等零件放入滲碳介質中，在880~950℃下加熱、保溫，使齒輪表面增碳，然后進行淬火。
柴油發電機齒輪常用氣體滲碳工藝。滲碳淬火、回火后齒輪表面硬度一般在58~63hrc。目前，滲碳淬火已經成為重要柴油發電機齒輪（如差速器齒輪、驅動橋主從動弧齒錐齒輪、變速器齒輪等）的主導熱處理工藝。
（2）碳氮共滲
近幾年康明斯發電機組用自動變速器ait滲碳齒輪的齒面在工作中的實際溫度約達300℃，遠高于正常的回火溫度（150~200℃）。這種表面的溫度將導致硬度降低，引發點蝕的產生。采用碳氮共滲后噴丸硬化可提高疲勞強度。在碳氮共滲時，隨著含氮量的增加δhv（硬度降低）提高，抗回火性能提高，抗回火溫度達到300℃。
4、滲氮與氮碳共滲
（1）滲氮
滲氮是向齒輪等零件表面滲入氮原子形成氮化層的化學熱處理工藝。滲氮可以提高齒輪表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕能力。滲氮處理溫度低，因此齒輪變形小，無需磨削或只需精磨即可。
日本在康明斯發電機組變速器齒輪熱處理時采用滲氮工藝，德國clocker-離子公司將離子滲氮應用于柴油發電機齒輪，均提高了齒輪精度和使用壽命。
（2）氮碳共滲
氮碳共滲是以滲氮為主同時滲入碳的化學熱處理工藝。氮碳共滲可以顯著提高齒輪的耐磨性、抗膠合和抗擦傷能力、耐疲勞性能及耐腐蝕性能。目前，氣體氮碳共滲應用于轎車、輕型客車變速器齒輪等零件。
三、柴油發電機齒輪熱處理的發展趨勢
未來柴油發電機齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經濟可靠。
1、高品質
主要表現在：材料的均勻性，即要求材料具有良好的成分和組織的均勻性；溫度場和流體場，即不斷改善溫度場和各種流體場，如滲碳、滲氮、碳氮共滲的流體場和淬火的液體場的改善，進一步提高齒輪內在質量。
2、低能耗
齒輪熱處理先進裝備的研制和發展，如開發更好的爐襯耐熱和保溫節能材料，盡可能降低爐壁溫升，減少爐壁熱損耗；廢熱綜合利用，如鍛造余熱的利用，進行鍛造余熱正火等，降低齒輪成本。
3、環保
研究開發齒輪的新工藝，這些新工藝少（無）污染、環保，如低壓真空滲碳、離子滲氮、雙頻感應淬火、激光淬火、稀土及bh催滲等技術的發展。
4、智能化
智能化是齒輪熱處理控制技術發展的必然趨勢，計算機、傳感器、智能庫將構成智能熱處理的核心，主要表現在：根據齒輪等零件的材料、技術要求等，系統自動生成工藝；生產過程的完全閉環自動控制；齒輪等零件的熱處理質量的預測、預判；系統故障自動診斷與處置；在線的自適應及應急應變能力，如開發了離子滲氮、碳氮共滲所用的氮勢傳感器和低壓滲碳的碳勢傳感器等。
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一、柴油發電機齒輪特點與作用
1、柴油發電機齒輪的內在質量主要是指齒輪的顯微組織、力學性能等指標滿足技術要求，同時其他缺陷必須控制在規定的技術范圍之內。
2、柴油發電機齒輪內在質量的優劣是決定齒輪質量的關鍵，其完全取決于熱處理質量，是齒輪實現低噪聲、高精度，長壽命的關鍵因素。
二、柴油發電機齒輪熱處理工藝
柴油發電機齒輪熱處理（工藝）包括：一是普通熱處理，如退火、正火、淬火、回火、調質；二是表面熱處理，其包括表面淬火（如感應淬火、激光淬火等）和化學熱處理（如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲等）。
1、調質
調質是將齒輪等零件淬火后進行高溫（500~650℃）回火的操作。調質處理常用于含碳量0.3%~0.5%（質量分數）的優質碳素鋼或合金鋼制造的齒輪。
調質可以細化晶粒，并獲得均勻、具有一定彌散度、優良力學性能的回火索氏體組織。一般經調質處理后，齒輪硬度可達220~285hbw。調質齒輪的綜合性能優于正火。
調質常用于齒輪的預備熱處理（如滲氮、感應淬火前的調質處理）和最終熱處理。
2、表面淬火
齒輪齒面淬火硬度一般為45~55hrc。表面淬火齒輪承載能力高，并能夠承受沖擊載荷。通常表面淬火齒輪的毛坯經正火或調質處理，以便使齒輪心部有一定的強度和韌度。
表面淬火主要有感應淬火、激光淬火與火焰淬火等。與滲碳淬火相比，表面淬火變形小、成本低、效率高。
柴油發電機齒輪表面淬火主要采用感應淬火工藝。由于感應加熱速度快，幾乎沒有氧化、脫碳，齒輪變形很小，還易于實現局部加熱及自動化生產，熱處理成本低。因此，在現代化康明斯發電機組行業中得到廣泛應用。
3、滲碳與碳氮共滲
（1）滲碳淬火
滲碳淬火是先將齒輪等零件放入滲碳介質中，在880~950℃下加熱、保溫，使齒輪表面增碳，然后進行淬火。
柴油發電機齒輪常用氣體滲碳工藝。滲碳淬火、回火后齒輪表面硬度一般在58~63hrc。目前，滲碳淬火已經成為重要柴油發電機齒輪（如差速器齒輪、驅動橋主從動弧齒錐齒輪、變速器齒輪等）的主導熱處理工藝。
（2）碳氮共滲
近幾年康明斯發電機組用自動變速器ait滲碳齒輪的齒面在工作中的實際溫度約達300℃，遠高于正常的回火溫度（150~200℃）。這種表面的溫度將導致硬度降低，引發點蝕的產生。采用碳氮共滲后噴丸硬化可提高疲勞強度。在碳氮共滲時，隨著含氮量的增加δhv（硬度降低）提高，抗回火性能提高，抗回火溫度達到300℃。
4、滲氮與氮碳共滲
（1）滲氮
滲氮是向齒輪等零件表面滲入氮原子形成氮化層的化學熱處理工藝。滲氮可以提高齒輪表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕能力。滲氮處理溫度低，因此齒輪變形小，無需磨削或只需精磨即可。
日本在康明斯發電機組變速器齒輪熱處理時采用滲氮工藝，德國clocker-離子公司將離子滲氮應用于柴油發電機齒輪，均提高了齒輪精度和使用壽命。
（2）氮碳共滲
氮碳共滲是以滲氮為主同時滲入碳的化學熱處理工藝。氮碳共滲可以顯著提高齒輪的耐磨性、抗膠合和抗擦傷能力、耐疲勞性能及耐腐蝕性能。目前，氣體氮碳共滲應用于轎車、輕型客車變速器齒輪等零件。
三、柴油發電機齒輪熱處理的發展趨勢
未來柴油發電機齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經濟可靠。
1、高品質
主要表現在：材料的均勻性，即要求材料具有良好的成分和組織的均勻性；溫度場和流體場，即不斷改善溫度場和各種流體場，如滲碳、滲氮、碳氮共滲的流體場和淬火的液體場的改善，進一步提高齒輪內在質量。
2、低能耗
齒輪熱處理先進裝備的研制和發展，如開發更好的爐襯耐熱和保溫節能材料，盡可能降低爐壁溫升，減少爐壁熱損耗；廢熱綜合利用，如鍛造余熱的利用，進行鍛造余熱正火等，降低齒輪成本。
3、環保
研究開發齒輪的新工藝，這些新工藝少（無）污染、環保，如低壓真空滲碳、離子滲氮、雙頻感應淬火、激光淬火、稀土及bh催滲等技術的發展。
4、智能化
智能化是齒輪熱處理控制技術發展的必然趨勢，計算機、傳感器、智能庫將構成智能熱處理的核心，主要表現在：根據齒輪等零件的材料、技術要求等，系統自動生成工藝；生產過程的完全閉環自動控制；齒輪等零件的熱處理質量的預測、預判；系統故障自動診斷與處置；在線的自適應及應急應變能力，如開發了離子滲氮、碳氮共滲所用的氮勢傳感器和低壓滲碳的碳勢傳感器等。
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