齿轮的热处理是决定了齿轮硬度和耐磨性的关键工序，不同材料的热处理方式受到多个因素的影响，其中包括冷却方式和时间、保温方式和时间等等，齿轮的热处理过程包括有两个阶段，第一个阶段是锻件毛坯的预热处理，第二个阶段是齿部的热处理。在进行材料热处理时需要考虑以下两个问题：锻件毛坯的预热处理是在材料加工前还是加工后进行以及齿部的热处理应该采用哪种方式才能使材料变形量最小。

锻件毛坯的热处理方式一般为正火处理，将材料加热到 Ac3 温度以上 30-50℃，保温一点时间后空气冷却，正火处理可以有效提高材料的韧性和强度，还能改善材料的切削性能。由于各种材料内部结构和组成各有不同，所以毛坯的正火处理是应该直接进行正火处理再粗加工还是将齿坯加工完成后再进行正火处理，对此并没有相应的行业标准，只能通过实际情况进行实验验证哪种正火处理时机可以获得更加优良的综合力学性能，本文采用 45 号钢与 20CrMnTi 进行对比实验，两种材料均设置为两组，第一组直接进行正火处理，第二组进行粗加工后再进行正火处理，在实验过程中首先将正火炉加热到 400-500℃，然后将第一组材料放置进炉内，正火炉以 80℃/h 的速率进行升温在温度升高至 600-650℃时持续保温3h，之后以 100℃/h 的速率升温使炉内温度保持在 860-880℃持续2h，之后将材料出炉利用空气冷却降温至 350-400℃，最后采用硬度仪测量材料硬度，通过实验数据可以发现 45 号钢直接进行正火处理还是粗加工后正火处理材料硬度变化不明显，但是 20CrMnTi 在粗加工后正火处理材料硬度拥有了显著的提升。所以如果采用 45 号钢作为齿轮制造材料可以对锻件毛坯直接进行正火处理，而 20CrMnTi 则需要粗加工过后再进行正火处理。

对齿轮齿部进行热处理可以有效提升齿轮的疲劳强度以及耐磨性，这是齿轮机加工过程中必须要进行的一道工序，对于 20CrMnTi 等低碳钢材料主要渗碳淬火的热处理方式，但是此方式会使齿轮产生一定量的弹性形变，对于如何尽可能地减少这种弹性形变是齿部热处理的研究重点，对于弹性形变产生的影响因素主要有三种：渗碳碳势、渗碳温度、淬火温度。由于各种材料组分的不同，三种因素的影响程度也没有统一的标准。

采用井式气体渗碳炉作为渗碳设备，煤油作为渗碳剂，设置 870℃、900℃、930℃三种渗碳温度，设置 800℃、 820℃、840℃三个淬火温度，渗碳碳势设置为 0.8%、0.95%、 1.05%三个等级，采用正交实验法对比开口处的变形量得出实验结论，每组实验的渗碳时间均设置为强渗 120min 扩散 100min，最终得出 9 组实验数据，从实验数据中可以得出渗碳温度和淬火温度对材料变形影响程度较大，这是由于随着渗碳温度的升高，材料内部的奥氏体组织容易受到温度影响而膨胀变大；而渗碳碳势和材料变形量也呈正相关关系，这是由于碳势的增加会直接增加材料渗碳层的碳浓度，进而导致马氏体以及不稳定碳化物的增加，最终影响材料的变形量，所以在渗碳处理过程中要严格控制渗碳温度和淬火温度，尽可能减少渗碳碳势，在获得最佳机械性能的同时减小材料的形变量。

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