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1、1,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,2,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。,3,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,4,1、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
2、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。,5,碳化物 400 4%硝酸酒精溶液侵蚀,6,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。,7,预防措施,(1)气体渗碳
3、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。,8,2、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。,9,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
4、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。,10,残余奥氏体6级 400 4%硝酸酒精溶液侵蚀,11,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
5、体的渗碳齿轮，进行一次650670、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。,12,(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。,13,3、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
6、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。,14,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。,15,未溶铁素体 400 4%硝酸酒精溶液侵蚀,16,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。 (
7、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。,17,4、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。,18,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。,19,预防措施,(1)
8、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。,20,5、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。,21,原因分析
9、,(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。,22,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)做好热处理渗碳前的准备工作，清除齿面油污，碳黑等物质。实践证明清洗后，脱脂温度选用400-500对于清除齿轮表面物质效果较理想。 (3)合理设计工装夹具，装炉量不宜过多，装炉方式合理。 (4)需要防渗的工件，防渗剂刷涂要均匀。 (5)渗碳炉密封性能要好，定期检修渗碳炉。,23,谢 谢 ！,
