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工业齿轮作为机械传动系统的核心部件，其性能直接决定了设备运行的稳定性、寿命及能效。热处理工艺通过改变齿轮材料的化学成分、显微组织及应力分布，成为优化齿轮性能的关键环节。从表面性到心部韧性，从不怕乏强度到尺寸稳定性，热处理工艺的准确控制直接影响齿轮在复杂工况下的综合表现。齿轮传动过程中，齿面承受周期性接触应力，易引发点蚀、剥落等失效形式。热处理工艺通过在齿面形成硬度不错硬化层，明显提升性与抗接触疲劳能力。
渗碳淬火工艺是表面的典型代表。该工艺将低碳钢齿轮在高温下渗入碳元素，使齿面碳含量提升至0.8%-1.2%，随后通过淬火形成马氏体组织。经低温回火后，齿面硬度可达HRC58-62，同时表面分布细粒状碳化物，形成“硬质骨架”。这种结构可抵抗齿面微凸体的剪切作用，减少磨损量。例如，汽车变速箱齿轮采用渗碳淬火后，齿面磨损速率降低60%以上，使用寿命延长3-5倍。
表面淬火工艺则通过高频感应加热实现齿面局部硬化。该工艺利用电磁感应原理，使齿面在短时间内升温至淬火温度，随后快冷却形成马氏体层。其优点在于硬化层深层可控，且心部保持原始组织韧性。例如，风电齿轮箱中的级齿轮采用表面淬火后，齿面硬度达HRC50-55，同时心部冲击韧性保持在40J/cm?以上，平衡了不怕磨性与抗冲击性。
工业链轮齿轮在传递动力时，齿根部位承受交变弯曲应力，易引发疲劳裂纹扩展。热处理工艺通过调控心部组织，齿轮在承受冲击载荷时不断裂。
调质处理是提升心部性能的工艺。该工艺将中碳钢齿轮加热至奥氏体化温度后淬火，随后在500-650℃回火，形成回火索氏体组织。这种组织兼具与良好韧性，屈服强度可达800-1000MPa，断面收缩率超过50%。例如，矿山机械中的重载齿轮采用调质处理后，齿根弯曲疲劳寿命提升2-3倍，可承受频繁的过载冲击。渗碳淬火工艺在表面的同时，通过控制心部碳含量保留韧性。低碳钢齿轮渗碳后，心部仍保持原始碳含量，淬火后形成低碳马氏体或索氏体，冲击韧性不低于40J/cm。这种“表硬心韧”的结构使齿轮在承受高接触应力时，齿面硬化层抵抗磨损，而心部韧性防止断裂。
齿轮在热处理过程中不可避免地产生残余应力，其分布状态直接影响不怕乏性能。正确的热处理工艺可通过调控残余应力分布，延长齿轮疲劳寿命。
渗碳淬火工艺在淬火过程中，齿面马氏体相变导致体积膨胀，在表面形成残余压应力，而心部因收缩受限产生残余拉应力。工业大齿轮加工厂家认为这种应力分布可部分抵消工作载荷下的接触应力，延缓疲劳裂纹萌生。例如，风电齿轮箱中的行星齿轮采用渗碳淬火后，齿面残余压应力达-300MPa，疲劳寿命提升40%以上。
喷丸工艺作为热处理后的辅助手段，通过弹丸撞击齿面，引入表层塑性变形层，形成0.1-0.3mm的残余压应力场。这种应力场可控制裂纹扩展，适用于承受交变载荷的齿轮。例如，汽车传动轴齿轮经喷丸处理后，弯曲疲劳限度提升25%，接触疲劳寿命延长50%。
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