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齿轮离子渗氮技术优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：球磨机和轧齿机齿轮、重型机械齿轮、蜗杆等只要设计合理，选材适当，经离子渗氮后的渗氮层就能够承受较大的载荷。齿轮剃齿后进行离子渗氮，减少了磨齿工序，优于高频感应淬火齿轮，降低噪声1～2dB。齿轮深层离子渗氮常用材料及预备热处理工艺见表7-60。

离子渗氮速度快，渗氮层深0.30～0.60mm，渗氮时间仅为普通气体渗氮的1／5～1／3，有良好的综合性能，齿轮畸变小，可用于一般机械用齿轮、军械齿轮、航空发动机齿轮、机床齿轮汽车及拖拉机齿轮等。

球磨机和轧齿机齿轮、重型机械齿轮、蜗杆等只要设计合理，选材适当，经离子渗氮后的渗氮层就能够承受较大的载荷。例如30CrMoAl钢冷轧机下蜗杆副蜗杆、中小型磨削蜗杆副蜗杆（35CrMo、42CrMo钢）、连轧机的差速器的40CrMo钢传动齿轮等经离子渗氮，渗氮层深0.40～0.60mm，硬度550～700HV，效果良好。齿轮剃齿后进行离子渗氮，减少了磨齿工序，优于高频感应淬火齿轮，降低噪声1～2dB。

1.采用离子渗氮工艺的齿轮加工流程

一种流程：下料→粗车→调质→半精车→拉花键→精车→插齿→剃齿→离子渗氮→检验→入库。另一种加工流程：下料→粗车→调质→精车→滚齿→磨齿→渗氮→检验→入库。

2.预备热处理

一般结构钢应采用调质处理，调质回火温度应高于渗氮温度。

易畸变或精度要求较高的齿轮，在机械加工过程中应进行一次或几次去应力退火，其温度应比调质回火温度低，比渗氮温度高。

3.齿轮的离子渗氮工艺

离子渗氮工艺应根据齿轮的使用性能要求、工作条件、材料和具体齿轮来制定。

（1）齿轮离子渗氮工艺参数的选择（见表7-54）

表7-54 齿轮离子渗氮工艺参数的选择

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（2）常用材料的离子渗氮温度、表面硬度和渗氮层深度范围（见表7-55）

表7-55 常用材料的离子渗氮温度、表面硬度和渗氮层深度范围（JB／T 6956—2007）

（3）常见离子渗氮热处理工艺规范和效果（见表7-56）

表7-56 常见离子渗氮热处理工艺规范和效果

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（4）离子渗氮温度和渗氮时间对各种处理态的齿轮钢材渗氮层深度和表面硬度的关系曲线（见表7-57）

表7-57 离子渗氮温度和渗氮时间对各种处理态的齿轮钢材渗氮层深度和表面硬度的关系曲线

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（5）NH₃流量选择范围 NH₃流量参考表7-58中的数值选取，整流输出电流大、装炉量多渗氮保温时间短者取上限。

表7-58 氨气流量选择范围（JB／T 6956—2007）

（6）渗氮时间与渗氮层深度的关系（见表7-59）

表7-59 渗氮时间与渗氮层深度的关系

4.齿轮的深层离子渗氮工艺

由于常规渗氮层深度较浅（＜0.6mm），因而在齿轮上的应用受到一定限制，而深层渗氮（1.1mm左右）的发展使渗氮齿轮的应用范围逐渐扩大。

（1）深层离子渗氮适用范围及适用钢材一些高速、重载及精密齿轮，如行星传动的内齿圈、风电中的偏航齿圈等采用渗氮工艺进行表面硬化处理，最大齿轮直径已达4m，尤其是齿轮的深层渗氮工艺可以在一定范围代替渗碳淬火工艺而省掉磨齿的工序，节约了制造成本与时间。

深层离子渗氮常用材料如42CrMo、40CrNiMo、25Cr2MoV、34CrNi3Mo钢等，在进行离子渗氮前一般进行调质处理，以保证齿轮心部强度。齿轮深层离子渗氮常用材料及预备热处理工艺见表7-60。

表7-60 齿轮深层离子渗氮常用材料及预备热处理工艺

（2）中硬度调质＋韧性深层渗氮齿面以γ′相为主的化合物层比ε＋γ′双相层能提高接触疲劳强度近40％，因此采用中硬度调质＋韧性深层渗氮是提高渗氮齿轮承载能力的重要途径。

（3）深层渗氮处理的推荐齿轮参数（见表7-61）

表7-61 深层渗氮处理的推荐齿轮参数

（4）深层可控离子渗氮新工艺——三段渗氮工艺深层可控离子渗氮新工艺仅用60～70h 就可使渗氮层达0.8～1.2mm，表面获得以γ′相为主单相的化合物层组织，而不需磨掉白亮层

深层可控离子渗氮新工艺——三段渗氮工艺及其应用见表7-62。

表7-62 深层可控离子渗氮新工艺——三段渗氮工艺及其应用

（5）齿轮的深层离子渗碳工艺应用实例（见表7-63）

表7-63 齿轮的深层离子渗碳工艺应用实例