齿轮热处理时将产生畸变，这主要是热处理应力造成的。20CrMnTiH钢螺伞齿轮的尺寸精度等热处理质量要求很高，热处理易产生畸变，尺寸精度难以保证。为了解决这个问题，对模数为3.6583的螺伞齿轮的生产过程进行了跟踪。因主动齿的数量为8，齿数较少，且在配对时以被动齿为主，所以重点是被动齿的生产工艺即下料→锻造→调质→机加工→碳氮共渗→清洗→回火→喷丸→磨内孔→配对研磨→入库。本文从原材料入手进行分析，找出20CrMnTiH钢螺伞齿轮热处理畸变的原因以及相应的预防措施。
生产工艺分析
原材料
化学成分：螺伞齿轮用20CrMnTiH钢的化学成分(质量分数%)为0.214C，0.244Si，0.932Mn，1.11Cr，0.05Ti，0.018P，0.018S。该成分符合国标要求。
淬透性：制备3个试样进行淬透性试验，分别为：试样一J34/9、J 2 9.5/1 5，试样二J35.5/9、J30/15，试样三J 35/9、J30/15。试验结果，淬透性符合要求。
显徽组织：图1所示为螺伞齿轮用20CrMnTiH钢原材料的显微组织，主要为等轴晶粒。分析用试样取自尺寸为φ70mm x 106mm的坯料，共跟踪630件。
锻造
毛坯采用煤炉加热锻造，不能控温，按实验操作。锻后空冷。现场随机抽样八件，用误差为±15°C的光电测温仪测量始锻温度，分别为1300°C始锻的3件，1260°C始锻的3件，1240°C的2件。再从630件中随机抽2件，一件始锻温度为1280°C，组织如图2(a)所示;另一件始锻温度为1180°C，组织如图2(b)所示。
按GB/T10561-1989标准评定，非金属夹杂物氧化铝为1级，合格。按GB/T6394-1986标准评定，钢的实际晶粒度为：1280°C始锻的为3级，1180°C始锻的为4级。钢的显微组织为铁素体和珠光体，有网状铁素体，晶粒大小不均匀。
预备热处理
原预备热处理工艺是调质，后按两种工艺处理：一部分进行调质，另一部分进行正火，以比较两种热处理工艺的效果。
调质：加热设备为RJJ-75-9T井式炉;采用圆形筐整齐堆放，每筐80件左右;830°C保温3h后32°C水淬;高温回火工艺为720°C3h炉冷至660°C空冷。调质后齿坯的硬度为198～196HB，196～182HB以180～182HB，部分齿坯的硬度超过规定的190HB。显微组织如图3所示，为回火索氏体。
正火：加热设备为65kW台车炉;正火工艺为920°C×3 h散冷，部分堆冷。正火后齿坯的硬度为189～187HB、179～178HB、180～175HB，符合要求(170～190HB)。显微组织如图4所示，为铁素体和珠光体，比较均匀。
两种预备热处理工艺都能细化工件的晶粒，改善切削加工性能。但正火与调质相比，大幅度降低了成本。
机加工
调质处理的齿坯标记为A0，共168件。正火的齿坯标记为7M，共135件。机加工过程为粗车→精车→钻孔→铣齿。由于正火处理的坯料组织比较均匀，硬度也较匀，易于钻孔，但是光洁度稍差。调质处理的齿坯组织不均匀，机加工性能较差，但光洁度优于正火的齿坯。
调质处理的齿坯之所以有这种现象，与调质处理工艺有关，淬火温度偏低，可能有部分铁素体还没有转变为奥氏体，从而导致部分齿坯硬度不均匀。
最终热处理
齿坯的最终热处理工艺为渗碳+淬火+低温回火，设备为Lsx-15连续炉。装炉方式：长方形料筐，每置两排，每排21件，一只料筐42件，两只料筐叠放。工艺参数：温度484°C脱脂;分段加热；强渗温度880°C，炉气碳势1.18%-1.20%C;扩散温度870°C，炉气碳势0.95%C，每段保温时间25min;油淬，油温60°C，时间5min;淬火后清洗5min;回火工艺为190℃x25min。
淬火、低温回火后，用塞尺检测齿坯的尺寸变化。结果，135件正火的齿坯不合格5件，待用3件，合格率为94.1%;调质的齿坯共168件，不合格3件，待用7件，合格率为94%，二者并无差异。
为检验显微组织，随炉处理4个试样，2个为经正火预处理的，2个为调质预处理的。淬火、低温回火后齿坯表层和心部的显微组织如图5、图6所示。
经比较，相邻两只料筐经调质预处理时齿坯渗层深度和组织都符合要求。但有一只料筐中经正火预处理的齿坯出现先共析铁素体，可能是淬火冷速偏低所致。
改进措施
锻造
锻造温度过高会产生过热、过烧组织。始锻温度宜控制在1150～1120°C。
预备热处理
以正火处理为佳，工艺为930°C保温3h分散空冷，分散冷却能确保齿坯冷却均匀。也可用排风加快冷却，以使齿坯硬度均匀。采用正火预处理可显著降低生产成本。正火处理的组织比调质的粗大，齿坯塑性较差，但有利于提高高温屈服强度。前期的试验结果表明，预先正火的齿轮的合格率为100%。
中间热处理
由于机加工会产生应力，导致齿坯最终热处理畸变增大。为此在机加工后进行去应力退火。
最终热处理
(1)将淬火温度从810°C降低至780°C，并将淬火油温提高到80甚至100°C，以减小淬火应力，减小齿坯的淬火畸变。
(2)采用160°C的马氏体分级油淬，热油-空冷分级淬火更有利于减少齿坯畸变量。对于模数较小的齿轮，为防止畸变超标，宜采用马氏体分级淬火。