二、三次制粒机是某钢铁公司生产的产品，大齿轮是传动装置的关键部件，其中大齿轮材质选用ZG35CrMo铸造合金钢，规格为Φ6390/Φ5440×830mm（m=45、z=140），净重27700kg。图样技术要求：调质，齿面硬度200～255HBW。大齿轮采取两半齿轮分体式组合结构，

如图1所示。

1.大齿轮调质存在的问题及解决对策

模数45、齿数140、直径6m以上的铸造合金钢大齿轮进行调质处理，会存在以下问题：

（1）调质后的变形问题，上下端面、径向都会产生变形，出现较大的变形和扭曲。

（2）由于调质时变形量过大，为保证加工，热处理前留有较大加工余量，在铣齿过程中，淬硬层被加工掉，就不能充分发挥调质的作用。

（3）大型铸件进行调质，由于成分偏析，硬度分布不均匀，波动较大，局部会出现硬度过高现象，会造成加工困难，生产周期不能保证，加工费用随之增加。

（4）大模数齿轮采用粗车外圆后调质，由于受到钢材淬透性的限制，往往在齿根部位不能获得要求的调质组织和硬度。

为了解决大齿轮调质过程中出现的问题，考虑到正火、回火硬度均匀、变形量小、操作简单的优势，决定采用粗开齿正火、回火代替调质。

2.工艺试制方案及实施

（1）化学成分的设计

大齿轮材质为ZG35CrMo，化学成分如表1所示。该材料含碳量及合金元素含量均较低，如果采用正火、回火工艺方法达到硬度和淬硬层深度要求，就必须严格控制化学成分。钢中碳含量的多少是决定淬硬性的主要元素，所以要求大齿轮的碳含量要控制在中上限。Cr、Mo两种合金元素是提高淬透性的主加元素，要求Cr、Mo含量也要在中上限。

铸造时按上述要求进行配料、浇铸，以确保热处理正火、回火后大齿轮性能达到技术要求。大齿轮化学成分见表2。

（2）正火、回火工艺参数的制定

根据大齿轮化学成分制定正火、回火工艺，齿轮正火、回火工艺曲线见图2。

（3）确定加工余量

既要保证大齿轮齿面硬度分布均匀，齿根有足够的强度和硬度，又要防止正火、回火产生的变形对后续加工的影响，保证精铣齿加工，确定正火、回火前加工余量：端面每面16mm，径向每面18mm，齿侧面15mm，齿底30mm。

（4）正火、回火工艺的实施

为减小大齿轮在加热和冷却过程中的变形，保证加热和冷却的效果，大齿轮装炉过程控制采取以下措施：在装炉时，两个半齿轮上下摆放，两个半齿轮端面之间用大小形状相同的垫铁垫起，保证两半齿轮上下端面对齐;拉筋处要用耐火砖垫实，防止拉筋处在加热时下沉引起齿轮变形；为保证两个半齿轮的硬度均匀，将含碳量低的那半半齿轮放在上面，这样能够确保含碳量低的半齿轮在冷却时有足够的冷却速度，保证两个半齿轮硬度相近。

为了使齿面硬度达到技术要求，就要增大冷却速度，采用多台风机进行风冷。采用高矮不同的两种风机，即高的风机吹上半齿轮，矮的风机吹下半齿轮，高矮风机穿插摆放。每台风机距齿轮外圆面的距离相同，风要平吹到齿面上，使整个齿面冷却均匀。

大齿轮出炉风冷时，10台风机同时吹风进行风冷，风机要对准齿面外圆平吹，保证风冷时间达到6h以上。

（5）尺寸检查

记录下大齿轮热处理前、后的尺寸，进行比较，以便掌握热处理前、后齿轮的变形情况。齿轮自检记录见表3。

根据以上自检数据可以看出大齿轮经正火、回火前后变形量不大。到加工现场跟踪划线、机加工过程，认定大模数齿轮粗开齿正火、回火后变形量能够保证精铣齿加工。以上结果证明粗开齿正火、回火前的加工留量合适。

（6）硬度检测

正火、回火后，对大齿轮进行硬度检查，每件半齿轮检查5点，采用布氏硬度检测（锤击式），检测部位为齿轮的端面，检测结果见表4。大齿轮粗开齿正火、回火后的硬度处于210～265HBW之间。齿轮精铣齿后复检硬度，采用里氏硬度计（G头），检测部位为齿顶及齿侧，检测结果见表5。大齿轮精铣齿后的硬度处于200～240HBW之间，能够满足技术要求。

（7）力学性能测试

对正火、回火同炉试棒进行力学性能测试，试棒力学性能如表6所示，试验结果与JB/T6402-2006标准中调质的力学性能数据进行对比，正火、回火试棒性能与标准中要求的调质性能相当。

3.结语

（1）采用粗开齿正火、回火代替调质工艺，完全可以满足技术要求，齿面硬度达到200～255HBW，强度也能够达到调质水平。

（2）该工艺采用粗开齿正火、回火，减少了对开大齿轮齿顶、齿侧的硬度差，且齿面硬度分布均匀。

（3）该工艺的实施，解决了调质后大齿轮变形大、校型难的问题。

（4）该工艺的实施，解决了调质后存在硬点不易加工的问题，缩短了加工周期。

（5）该工艺的实施，有效的防止了在调质时出现的硬度不均，在使用时易出现点蚀的现象。

（6）该工艺操作简便，不需要专用的大水槽和大油槽，也不需要专用的吊装治具，只要有台车式的电阻炉或燃气炉，都可实现。节约能源，减少污染，易推广。