渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施

渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施一汽哈尔滨变速箱厂郭子玉 渗碳齿轮在机械工程中有着广泛应用 变速器 减速器 后桥等许多机械中都使用渗碳齿轮 实际使用表明 齿轮的失效多数与渗碳齿轮在热处理过程中存在许多缺陷有关 这些缺陷严重地影响齿轮的寿命 甚至影响整个总成装置使用 因此探讨渗碳齿轮热处理缺陷及其预防措施 对于提高机械使用性能有着重要的指导意义 渗碳齿轮热处理常见缺陷1 齿轮表层过渡渗碳2 淬火后表面硬度偏低3 齿轮心部硬度不足4 齿轮硬化层偏浅5 渗碳层深度不均匀 1 齿轮表层过渡渗碳 渗碳齿轮由于处理不当过度渗碳后 表层将会出现块状 网状碳化物 少量的粒状碳化物可以改善齿轮的耐磨和接触疲劳强度性能 若块状 网状碳化物过多将使齿轮表层的脆性增大 易于脱落 使用时齿轮塑性变形能力降低 耐冲击性减弱 齿根部弯曲疲劳性能下降 齿尖角变脆 易于崩裂 淬火后渗碳齿轮在磨削加工时易于开裂 碳化物400 4 硝酸酒精溶液侵蚀 原因分析 气体渗碳时 若渗碳炉内碳势过高 强渗时间过长 表层过共析 珠光体 二次渗碳体 程度就越大 出现齿轮表层渗碳过度 特别对含有强碳化物形成元素Mo W等渗碳钢 碳元素的扩散速度较慢 齿轮渗碳层表面碳浓度高 达到过共析成分的渗碳层 在冷却过程中 从奥氏体晶界处析出渗碳体形成块状 网状分布 预防措施 1 气体渗碳时 为了防止表层过度渗碳 在强渗后期安排扩散阶段 合理安排强渗和扩散阶段的时间对于控制渗层的深度有很大的关系 2 对已经产生表层过度渗碳的齿轮 应在低碳势渗碳炉中进行扩散处理 或进行碳化物球化退火处理 获得粒状珠光体组织 为淬火做好组织准备 后再进行重新淬火 2 淬火后表面硬度偏低 渗碳齿轮表面硬度偏低 将会导致齿轮耐磨性和抗疲劳性能降低 对齿面抗摩擦 磨损性能都有不利影响 原因分析 1 表面脱碳 金相检查有贫碳现象 锉刀锉试工件表面发现有软层出现 是因渗碳扩散后淬火过程中保护气氛不足所致 2 由于设备出现故障 如卡盘 开炉维修等 在高温阶段发生氧化 表面的碳被氧化成气体烧损掉 3 冷却速度太低 在显微镜下观察 表层组织不是马氏体组织 而是索氏体组织 金相观察时 针状马氏体耐腐蚀明显 而索氏体较暗 易腐蚀 显微硬度计检测硬度差别大 4 齿轮渗碳温度 淬火温度偏高造成淬火后表面残余奥氏体量过多 5 齿轮材料淬透性差及淬火冷却介质的冷却能力不足 6 淬火后回火温度过高 并没有得到回火马氏体组织 残余奥氏体6级400 4 硝酸酒精溶液侵蚀 预防措施 1 对已造成齿轮表面含碳量低的齿轮采取适当增碳处理 2 选择淬透性合适的材料和冷却能力适当的冷却介质 淬火冷却 3 预先采取措施 减少淬火后的残余奥氏体量 对含有过多残余奥氏体的渗碳齿轮 进行一次650 670 3 以上的高温回火 使合金碳化物析出一部分 从而降低重新加热淬火时的奥氏体稳定性 促使奥氏体向马氏体转变 4 齿轮渗碳冷却或重新加热淬火时应在保护气氛下进行 对已经发生氧化现象的齿轮应除掉氧化皮 不影响齿轮的热后加工尺寸 进行表层渗碳后再进行淬火 5 齿轮表层硬度偏低若是回火温度过高所致 应重新淬火 选择较低温度进行回火 6 操作者及相关人员要定期对设备进行巡检 特别在生产节拍过程中 避免由于设备原因造成工件淬火失败 没有得到马氏体组织 3 齿轮心部硬度不足 渗碳齿轮心部要求具有一定的硬度 硬度偏低 齿轮材料的屈服点降低 易产生心部塑性变形 使齿轮表面硬化层抗剥落性能及齿根弯曲疲劳性能降低 原因分析 1 齿轮材料淬透性差 齿轮材质差 钢材内部带状组织严重 2 齿轮渗碳后 直接淬火前预冷温度过低 使预冷温度和淬火温度温差小 冷却速度不足 3 冷却速度不够 金相组织观察 不是低碳马氏体组织 而是索氏体和马氏体的混合组织 4 心部存留大量未溶铁素体 由于加热温度偏低或加热时间不足 还没有完全奥氏体化就进行了淬火处理 造成 未溶铁素体400 4 硝酸酒精溶液侵蚀 预防措施 1 选用淬透性好 材质好的钢材作渗碳齿轮材料 2 控制扩散区和预冷淬火区的温度 保证冷却速度可以满足淬火要求 3 选用冷却性能好的冷却介质淬火 使心部获取低碳马氏体组织 4 选择适当的淬火温度和加热时间 使心部获得均匀的奥氏体 以便淬火后获取马氏体组织 4 齿轮硬化层偏浅 渗碳齿轮表层硬度深度不够 导致表面硬化层抗剥落性能降低的同时 也导致使用寿命降低 原因分析 1 渗碳过程中 渗碳时间太短 渗碳温度偏低 渗碳层偏浅 2 炉内有效加热区温度分布不均匀 3 渗碳过程中强渗阶段及扩散阶段的碳势控制不当 4 装炉前齿轮未清除油污及装炉量过多 所留孔隙太小等因素 5 选择的齿轮钢材质及淬透性差 淬火介质冷却性能不足 而造成正常渗碳淬火后硬化层偏浅 预防措施 1 合理选用淬透性适合的钢材作渗碳齿轮材料 严格控制齿轮钢质量 入厂前必须对钢材化学成分 组织等按质量标准进行验收检查 2 严格控制渗碳前齿轮表面质量 装炉量 炉内温度 炉内碳势气氛 强渗和扩散时间 渗碳后淬火温度 冷却介质及冷却介质的温度等 3 对出现渗碳不足的齿轮根据现层深编制合理返修工艺进行补碳处理 5 渗碳层深度不均匀 正常情况下齿轮在渗碳的过程中 由于几何形状和曲率半径的原因齿根比其它部位要稍浅 几何因素造成渗碳层不均难以避免 但是由于其它因素造成渗层比正常情况更加不均匀 将造成齿轮不同部位性能不连续 薄弱区域首先破坏 继而整个齿轮损坏 严重影响齿轮寿命 原因分析 1 气体渗碳时 炉内温度不均匀 碳势不均 炉内气氛循环不佳 2 装炉前齿轮清洗不干净 齿轮表面存留油污 碳黑等杂质 脱脂温度不合理 渗碳时在齿面结焦 3 装炉量过大 装炉方式不合理 工件相互接触 碰撞 4 在不需要渗碳的部位 防渗剂刷涂不均匀 不合理 都可能造成渗碳层深度不均匀 预防措施 1 渗碳时 要注意炉内气氛充分循环 炉内各部分温度要均匀 各区风扇要按照相关规定定期检查 另外要选择合理的炉内前后压力比 2 做好