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40Cr鋼變速箱副箱錐環(huán)支板（簡稱錐環(huán)支板）是變速箱中的重要精密零件，服役承載時(shí)承受較大的載荷和摩擦，需對錐環(huán)支板內(nèi)齒進(jìn)行強(qiáng)化，表面硬度要求≥50HRC，錐環(huán)支板的精度要求也較高，技術(shù)要求為：齒度變形≤0.08mm，平面變形≤0.1mm。
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現(xiàn)生產(chǎn)過程中，某主機(jī)廠發(fā)現(xiàn)離子氮化后的錐環(huán)支板內(nèi)齒質(zhì)量合格，但錐環(huán)支板的平面變形度較大，實(shí)際測得變形均大于0.15mm，需要通過后續(xù)的精磨工序加以校平，額外增加了生產(chǎn)成本，且生產(chǎn)效率較低。
研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致錐環(huán)支板變形較大的原因在于錐環(huán)支板在爐內(nèi)擺放方式不合理，錐環(huán)支板與氮化爐底面直接接觸，氮化爐底面因?yàn)殚L期使用發(fā)生變形或是爐內(nèi)有雜質(zhì)、坑洼等缺陷都會導(dǎo)致堆疊在爐內(nèi)的錐環(huán)支板處于一個(gè)非水平狀態(tài)，錐環(huán)支板的堆疊將會發(fā)生偏移而錯(cuò)亂，加熱過程中錐環(huán)支板因堆放錯(cuò)亂上下受力不均和加熱及冷卻不均而產(chǎn)生變形，因此，設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝改善錐環(huán)支板在氮化爐內(nèi)的擺放形式尤為必要。
文中主要介紹了改善后的離子氮化工藝以及QPQ熱處理工藝對錐環(huán)支板的熱處理效果，分析了這兩種工藝的經(jīng)濟(jì)成本。
1.試驗(yàn)工藝及參數(shù)
（1）離子氮化工藝
關(guān)于離子氮化的原理以及優(yōu)勢在之前論文中也有詳細(xì)介紹，在此不再贅述。工裝設(shè)計(jì)對改善錐環(huán)支板在氮化爐內(nèi)的擺放形式很有必要，圖1a所示為所設(shè)計(jì)的三腳架工裝的簡圖，工裝的上表面經(jīng)過機(jī)械精加工，平整度較高，三角支撐結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固，中間采用空心結(jié)構(gòu)..爐內(nèi)的氮化氣氛更好地流通，從而使工裝上不同高度位置的錐環(huán)支板內(nèi)齒都能均勻氮化。圖1b所示為錐環(huán)支板在工裝上的擺放形式，水平整齊堆疊，避免錐環(huán)支板上下受擠壓力不均而變形，裝爐量根據(jù)爐子的容量大小而定。氮化加熱過程中控制電壓、電流大小，緩慢升溫至（500±20）℃，保溫4h，爐冷，以獲得理想的氮化層深和氮化組織，同時(shí)可以減小變形。
（2）QPQ工藝
QPQ工藝既鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，“鹽浴復(fù)合”是指在氮化鹽浴和氧化鹽浴兩種鹽浴中處理工件，實(shí)現(xiàn)了滲氮工序和氧化工序的復(fù)合，QPQ熱處理工序?yàn)椋侯A(yù)熱→氮化→氧化→拋光→氧化。各工序的作用如下：
預(yù)熱：烘干工件表面的水分，以防工件帶水入爐引起鹽浴濺射以及冷件入爐起鹽浴溫度下降太多。并且預(yù)熱一定程度上可以減少工件變形和使工件色澤均勻。
滲氮：QPQ熱處理的核心工序。滲氮過程中滲氮鹽內(nèi)的氰酸根分解產(chǎn)生活性原子滲入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蝕性很高的化合物層和耐疲勞的擴(kuò)散層。
氧化：徹底分解工件從滲氮爐帶出的氰根（CN-），避免污染；在工件表面成黑色氧化膜，增加工件防腐能力，對提高耐磨性也有一定作用。
拋光再氧化：去除氮化層外面的疏松層，補(bǔ)充工件表面氧的含量，進(jìn)一步提高金屬表面的耐蝕性和耐磨性，同時(shí)可以達(dá)到美化外觀的目的。
綜上所述，QPQ的技術(shù)優(yōu)勢主要如下：QPQ處理后的工件擁有極高的耐磨性、良好的耐疲勞性、極好的抗蝕性、極小的變形，QPQ技術(shù)綠色環(huán)保、技術(shù)成本低，這也正是本次試驗(yàn)采用QPQ工藝的原因。本次試驗(yàn)的QPQ工藝參數(shù)為：預(yù)熱溫度350～400℃，時(shí)間15min；氮化溫度570℃，時(shí)間2.5h；氧化溫度400℃，時(shí)間15min。圖2a所示為QPQ處理所用設(shè)備，QPQ處理過程中，由于僅需內(nèi)齒強(qiáng)化，所以錐環(huán)支板采用螺栓連接在一起，以防整個(gè)支板平面被氮化處理，圖2b所示為QPQ處理后的錐環(huán)支板樣件，可以看出QPQ處理后的錐環(huán)支板內(nèi)齒十分美觀。
