16Cr3NiWMoVNbE是一种多元素复合合金化的结构钢，是我国近年来研制出的新型航空发动机齿轮材料。16Cr3NiWMoVNbE钢 是为航空发动机齿轮部件制作而开发、研究的钢种。其强度高、塑韧性良好，并具有较高的热强性、淬透性、渗碳性和热加工性，从而具有良好的综合使用性能和加工性能，完全满足了航空事业对高性能材料的要求。我公司为某科研所协作的主动锥齿轮,属薄壁类齿轮零件，热处理生产的最大难点是：零件热处理渗碳后，在最终淬火过程中极易因为内孔花键变形超差，造成废品。主动锥齿轮零件形状及尺寸见图1。

1.主动锥齿轮最终热处理要求

（1）渗碳层要求：齿轮轮齿渗碳层深度0.8～1.0mm，渗碳后变形要求磨光档跳动≤0.04mm，内孔圆度≤0.04mm；花键渗碳层深度0.15～0.35mm，渗碳后变形要求磨光档跳动≤0.04mm，内孔圆度≤0.04mm，花键精度：M值=90.78⁺⁰₀^.103,，M值变动量≤0.04mm。

（2）硬度要求：渗碳+高回后硬度≤35HRC；淬火后渗碳表面硬度60～65HRC，非渗碳区硬度35～45HRC。

（3）热处理后最终变形要求：磨光档跳动≤0.05mm，内孔圆度≤0.05mm。花键精度：M值=90.78⁺⁰₀^.103，M值变动量≤0.04mm。

2.主动锥齿轮加工路线

主动锥齿轮加工路线为：毛坯正火+高回→毛坯粗加工→调质处理→半精加工→去应力退火→精加工→齿轮轮齿渗碳+高回-精加工→花键渗碳+高回→精加工→淬火+冰冷+低回+喷砂→精磨→低温去应力回火→精磨。

3.主动锥齿轮热处理各工序目的及工艺

（1）正火+高回处理：锻造毛坯消除锻造应力、均匀组织、细化晶粒，降低硬度以便于切削加工。

正火：零件加热到940℃，保温5h出炉空冷至室温。

高温回火：零件加热到680℃，保温5h随炉缓冷至500℃以下出炉空冷。

（2）调质处理：进一步均匀组织、细化晶粒，为零件的进一步热处理进行组织准备，减小零件渗碳、淬火后的变形。

淬火：将零件加热到920℃保温40min出炉油冷，油温50～60℃。

高温回火：零件加热到680℃，保温3h随炉缓冷至350℃以下出炉空冷。

（3）去应力退火：消除零件在加工过程中由于切削等机械加工造成的应力，进一步减小零件渗碳、淬火后的变形。将零件加热到650℃，保温5h随炉缓冷至200℃以下出炉空冷。

（4）渗碳处理：为保证齿轮接触表面有足够的强度和硬度，同时零件心部由足够的塑形和韧性，进行的表面化学热处理。

该齿轮轮齿由于有二次渗碳，故第一次渗碳层深度设定为：0.8～0.95mm，在多用炉910℃渗碳。

真空炉进行高温回火：零件加热到680℃，保温5h随炉缓冷至200℃以下出炉空冷，渗碳高回后硬度≤35HRC。

（5）二次渗碳：由于零件的特殊要求，齿部一次渗碳后，对后续加工的内花键进行的渗碳处理。

花键渗碳层深度0.15～0.35mm，在多用炉910℃渗碳。

高温回火：零件加热到680℃，保温5h随炉缓冷至200℃以下出炉空冷，渗碳高回后硬度≤35HRC。

（6）淬火处理：齿轮类零件的最终热处理，通过淬火处理使得齿轮表面得到高硬度、高强度和高的耐磨性。

先将零件加热到550℃，保温30min进行预热，然后再继续加热到920℃保