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    齒輪滲碳加工常見缺陷的原因分析及預防措施

    1

    齒輪表層過度滲碳

          滲碳齒輪由于處理不當過度滲碳后,表層將會出現塊狀、網狀碳化物,使用時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易于開裂。

    1.1

    原因分析

       (1)齒輪在固體介質中滲碳時,滲碳箱內碳勢過高,又不能任意調整碳勢,因此滲碳溫度越高,時間越長,表層過共析程度就越大。特別對含有強碳化合物形成元素Cr、Mo的滲碳鋼,碳的擴散較慢,齒輪滲碳層表面碳濃度更高,達到過共析成分的滲碳層,在冷卻時,從奧氏體晶界析出滲碳體形成網狀分布。

       (2)在氣體介質中滲碳時,若滲碳爐內碳勢過高,強滲時間過長,也會出現齒輪表層滲碳過度。

    1.2

    預防措施

       (1)固體滲碳時,為了防止碳勢過高造成過度滲碳,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,為了防止表層過度滲碳,在滲碳后期安排擴散階段,強滲和擴散階段的時間可按熱處理工藝操作。

        (3)對已經產生表層過度滲碳的齒輪,應在低碳勢滲碳爐中進行擴散處理,或在碳化物球化退火處理后再進行淬火。

    2

    齒輪硬化層偏淺

         滲碳齒輪表層硬度偏淺,在導致表面硬化層抗剝落性能降低的同時,也導致使用壽命的降低。

    2.1

    原因分析

        (1)滲碳過程中,滲碳時間太短,滲碳溫度偏低,滲碳層偏淺,爐內有效加熱區溫度分布不均勻,滲碳過程中強滲階段及擴散階段的碳勢控制不當,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)選擇的齒輪鋼材質及淬透性差,淬火介質冷卻性能不足,而造成正常滲碳淬火后硬化層偏淺。

    2.2

    預防措施

        (1)選用淬透性合適的鋼材作滲碳齒輪材料,嚴格控制齒輪鋼質量,入廠前必須對鋼材進行質量標準檢查。

        (2)嚴格控制滲碳前齒輪表面質量、裝爐量、爐內溫度、爐內碳勢氣氛、強滲和擴散時間、滲碳后淬火溫度、冷卻介質等。

        (3)對出現滲碳不足的齒輪要進行補滲碳。

    3

    滲碳層深度不均勻

         齒輪表面滲碳層深度不均勻,造成不同部位性能不連續,薄弱區域首先破壞,繼而整個齒輪損壞,嚴重影響齒輪使用壽命。

    3.1

    原因分析

        (1)固體滲碳時,滲碳箱內各部分溫差較大,催滲劑不均勻造成滲碳深度出現較大差別,另外滲碳箱的大小、裝爐量、裝爐方式、升溫速度、滲碳劑的木炭導熱率太低,都會對滲碳層深度有影響。

        (2)氣體滲碳時,爐內溫度不均勻,爐內氣氛循環不良,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

    預防措施

        (1)批量生產的齒輪應盡量避免采用固體滲碳,必須進行固體滲碳時,應嚴格執行操作工藝,裝爐量適當,催滲劑、木炭要混合均勻。滲碳箱放在爐內溫度均勻的中間位置,滲碳過程中間適當調換滲碳箱位置。

        (2)氣體滲碳時,要注意爐內氣氛充分循環,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,漏氣的馬弗罐及時更換,定期檢修滲碳爐。

    4

    淬火后表面硬度偏低

         滲碳齒輪表面硬度偏低將會導致齒輪耐磨性和抗疲勞性能降低,對齒面抗摩擦、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,針狀馬氏體耐腐蝕明顯,而索氏體較暗(易腐蝕)。顯微硬度計檢測硬度差別大。

        (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的冷卻能力不足。

        (5)淬火后回火溫度過高,保溫時間過長。

    4.2

    預防措施

        (1)對已造成齒輪表面含碳量低的齒輪采取適當增碳處理。

        (2)選擇淬透性合適的材料和冷卻能力適當的冷卻介質,淬火冷卻。

        (3)預先采取措施,減少淬火后的殘余奧氏體量。對含有過多殘余奧氏體的滲碳齒輪,進行一次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的奧氏體穩定性,促使奧氏體向馬氏體轉變。

        (4)齒輪滲碳冷卻或重新加熱淬火時應在保護氣氛下進行,對已經發生氧化現象的齒輪應除掉氧化皮,進行表層滲碳后再進行淬火。

        (5)齒輪表層硬度偏低若是回火溫度過高所致,應重新淬火,選擇合適溫度進行回火。

    5

    齒輪心部硬度不足

         滲碳齒輪心部要求具有一定的硬度。硬度偏低,齒輪材料的屈服點降低,易產生心部塑性變形,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,齒輪材質差,鋼材內部帶狀組織嚴重。

        (2)齒輪滲碳后,直接淬火前預冷溫度過低或滲碳后重新淬火時,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間不足造成。

    5.2

    預防措施

         (1)選用冷卻性能好的冷卻介質淬火,使心部獲取低碳馬氏體組織。

         (2)選擇適當的淬火溫度和加熱時間,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、材質好的鋼材作滲碳齒輪材料。


    來源:熱處理技術研究中心


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