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滲碳齒輪由于處理不當(dāng)過度滲碳后,表層將會(huì)出現(xiàn)塊狀、網(wǎng)狀碳化物,使用時(shí)齒輪塑性變形能力降低,耐沖擊性減弱,齒根部彎曲疲勞性能下降,齒尖角變脆,易于崩裂,淬火后滲碳齒輪在磨削加工時(shí)易于開裂。
1.1原因分析
(1)齒輪在固體介質(zhì)中滲碳時(shí),滲碳箱內(nèi)碳勢(shì)過高,又不能任意調(diào)整碳勢(shì),因此滲碳溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),表層過共析程度就越大。特別對(duì)含有強(qiáng)碳化合物形成元素Cr、Mo的滲碳鋼,碳的擴(kuò)散較慢,齒輪滲碳層表面碳濃度更高,達(dá)到過共析成分的滲碳層,在冷卻時(shí),從奧氏體晶界析出滲碳體形成網(wǎng)狀分布。
(2)在氣體介質(zhì)中滲碳時(shí),若滲碳爐內(nèi)碳勢(shì)過高,強(qiáng)滲時(shí)間過長(zhǎng),也會(huì)出現(xiàn)齒輪表層滲碳過度。
1.2預(yù)防措施
(1)固體滲碳時(shí),為了防止碳勢(shì)過高造成過度滲碳,可以采用較低的滲碳溫度或使用較弱的滲碳劑。
(2)氣體滲碳時(shí),為了防止表層過度滲碳,在滲碳后期安排擴(kuò)散階段,強(qiáng)滲和擴(kuò)散階段的時(shí)間可按熱處理工藝操作。
(3)對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生表層過度滲碳的齒輪,應(yīng)在低碳勢(shì)滲碳爐中進(jìn)行擴(kuò)散處理,或在碳化物球化退火處理后再進(jìn)行淬火。
滲碳齒輪表層硬度偏淺,在導(dǎo)致表面硬化層抗剝落性能降低的同時(shí),也導(dǎo)致使用壽命的降低。
2.1原因分析
(1)滲碳過程中,滲碳時(shí)間太短,滲碳溫度偏低,滲碳層偏淺,爐內(nèi)有效加熱區(qū)溫度分布不均勻,滲碳過程中強(qiáng)滲階段及擴(kuò)散階段的碳勢(shì)控制不當(dāng),裝爐前齒輪未清除油污及裝爐量過多,所留孔隙太小等因素而造成滲碳齒輪硬化層偏淺。
(2)選擇的齒輪鋼材質(zhì)及淬透性差,淬火介質(zhì)冷卻性能不足,而造成正常滲碳淬火后硬化層偏淺。
2.2預(yù)防措施
(1)選用淬透性合適的鋼材作滲碳齒輪材料,嚴(yán)格控制齒輪鋼質(zhì)量,入廠前必須對(duì)鋼材進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查。
(2)嚴(yán)格控制滲碳前齒輪表面質(zhì)量、裝爐量、爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)碳勢(shì)氣氛、強(qiáng)滲和擴(kuò)散時(shí)間、滲碳后淬火溫度、冷卻介質(zhì)等。
(3)對(duì)出現(xiàn)滲碳不足的齒輪要進(jìn)行補(bǔ)滲碳。
齒輪表面滲碳層深度不均勻,造成不同部位性能不連續(xù),薄弱區(qū)域首先破壞,繼而整個(gè)齒輪損壞,嚴(yán)重影響齒輪使用壽命。
3.1原因分析
(1)固體滲碳時(shí),滲碳箱內(nèi)各部分溫差較大,催滲劑不均勻造成滲碳深度出現(xiàn)較大差別,另外滲碳箱的大小、裝爐量、裝爐方式、升溫速度、滲碳劑的木炭導(dǎo)熱率太低,都會(huì)對(duì)滲碳層深度有影響。
(2)氣體滲碳時(shí),爐內(nèi)溫度不均勻,爐內(nèi)氣氛循環(huán)不良,裝爐前齒輪未清除油污,齒輪表面碳黑沉積,都可能造成滲碳層深度不均勻。
3.2預(yù)防措施
(1)批量生產(chǎn)的齒輪應(yīng)盡量避免采用固體滲碳,必須進(jìn)行固體滲碳時(shí),應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作工藝,裝爐量適當(dāng),催滲劑、木炭要混合均勻。滲碳箱放在爐內(nèi)溫度均勻的中間位置,滲碳過程中間適當(dāng)調(diào)換滲碳箱位置。
(2)氣體滲碳時(shí),要注意爐內(nèi)氣氛充分循環(huán),爐溫要均勻,清除齒面油污,裝爐量不宜過多,滲碳爐密封性能要好,漏氣的馬弗罐及時(shí)更換,定期檢修滲碳爐。
滲碳齒輪表面硬度偏低將會(huì)導(dǎo)致齒輪耐磨性和抗疲勞性能降低,對(duì)齒面抗摩擦、磨損性能都有不利影響。
4.1原因分析
(1)表面脫碳,金相檢查有脫碳層,是因滲碳后正火或淬火過程中保護(hù)不力所致。
(2)冷卻速度太低,在顯微鏡下觀察,表層組織不是馬氏體組織而是索氏體組織。金相觀察時(shí),針狀馬氏體耐腐蝕明顯,而索氏體較暗(易腐蝕)。顯微硬度計(jì)檢測(cè)硬度差別大。
(3)齒輪滲碳溫度、淬火溫度偏高造成淬火后表面殘余奧氏體量過多。
(4)齒輪材料淬透性差及淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力不足。
(5)淬火后回火溫度過高,保溫時(shí)間過長(zhǎng)。
4.2預(yù)防措施
(1)對(duì)已造成齒輪表面含碳量低的齒輪采取適當(dāng)增碳處理。
(2)選擇淬透性合適的材料和冷卻能力適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì),淬火冷卻。
(3)預(yù)先采取措施,減少淬火后的殘余奧氏體量。對(duì)含有過多殘余奧氏體的滲碳齒輪,進(jìn)行一次650~670℃、3h以上的高溫回火,使合金碳化物析出一部分,從而降低重新加熱淬火時(shí)的奧氏體穩(wěn)定性,促使奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。
(4)齒輪滲碳冷卻或重新加熱淬火時(shí)應(yīng)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行,對(duì)已經(jīng)發(fā)生氧化現(xiàn)象的齒輪應(yīng)除掉氧化皮,進(jìn)行表層滲碳后再進(jìn)行淬火。
(5)齒輪表層硬度偏低若是回火溫度過高所致,應(yīng)重新淬火,選擇合適溫度進(jìn)行回火。
滲碳齒輪心部要求具有一定的硬度。硬度偏低,齒輪材料的屈服點(diǎn)降低,易產(chǎn)生心部塑性變形,使齒輪表面硬化層抗剝落性能及齒根彎曲疲勞性能降低。
5.1原因分析
(1)齒輪材料淬透性差,齒輪材質(zhì)差,鋼材內(nèi)部帶狀組織嚴(yán)重。
(2)齒輪滲碳后,直接淬火前預(yù)冷溫度過低或滲碳后重新淬火時(shí),淬火溫度偏低。
(3)冷卻速度不夠,金相組織觀察,不是低碳馬氏體組織,而是索氏體組織。
(4)心部有大量未溶鐵素體存在,是由于加熱溫度偏低或加熱時(shí)間不足造成。
5.2預(yù)防措施
(1)選用冷卻性能好的冷卻介質(zhì)淬火,使心部獲取低碳馬氏體組織。
(2)選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟群图訜釙r(shí)間,使心部獲得均勻的奧氏體,以便淬火后獲取馬氏體組織。
(3)選用淬透性好、材質(zhì)好的鋼材作滲碳齒輪材料。
來源:熱處理技術(shù)研究中心
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