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齿轮渗碳加工常见缺陷的原因分析及预防措施

时间:2021-08-29 00:40:40来源:中国传动网

导语:​齿轮渗碳加工常见缺陷的原因分析及预防措施

  1 齿轮表层过度渗碳

  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,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。

  1.1原因分析

  1)齿轮在固体介质中渗碳时,渗碳箱内碳势过高,又不能任意调整碳势,因此渗碳温度越高,时间越长,表层过共析程度就越大。特别对含有强碳化合物形成元素Cr、Mo的渗碳钢,碳的扩散较慢,齿轮渗碳层表面碳浓度更高,达到过共析成分的渗碳层,在冷却时,从奥氏体晶界析出渗碳体形成网状分布。

  2)在气体介质中渗碳时,若渗碳炉内碳势过高,强渗时间过长,也会出现齿轮表层渗碳过度。

  1.2预防措施

  1)固体渗碳时,为了防止碳势过高造成过度渗碳,可以采用较低的渗碳温度或使用较弱的渗碳剂。

  2)气体渗碳时,为了防止表层过度渗碳,在渗碳后期安排扩散阶段,强渗和扩散阶段的时间可按热处理工艺操作。

  3)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,或在碳化物球化退火处理后再进行淬火。

  2 齿轮硬化层偏浅

  渗碳齿轮表层硬度偏浅,在导致表面硬化层抗剥落性能降低的同时,也导致使用寿命的降低。

  2.1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,炉内有效加热区温度分布不均匀,渗碳过程中强渗阶段及扩散阶段的碳势控制不当,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而造成渗碳齿轮硬化层偏浅。

  2)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。

  2.2预防措施

  1)选用淬透性合适的钢材作渗碳齿轮材料,严格控制齿轮钢质量,入厂前必须对钢材进行质量标准检查。

  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、冷却介质等。

  3)对出现渗碳不足的齿轮要进行补渗碳。

  3 渗碳层深度不均匀

  齿轮表面渗碳层深度不均匀,造成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,严重影响齿轮使用寿命。

  3.1原因分析

  1)固体渗碳时,渗碳箱内各部分温差较大,催渗剂不均匀造成渗碳深度出现较大差别,另外渗碳箱的大小、装炉量、装炉方式、升温速度、渗碳剂的木炭导热率太低,都会对渗碳层深度有影响。

  2)气体渗碳时,炉内温度不均匀,炉内气氛循环不良,装炉前齿轮未清除油污,齿轮表面碳黑沉积,都可能造成渗碳层深度不均匀。

  3.2预防措施

  1)批量生产的齿轮应尽量避免采用固体渗碳,必须进行固体渗碳时,应严格执行操作工艺,装炉量适当,催渗剂、木炭要混合均匀。渗碳箱放在炉内温度均匀的中间位置,渗碳过程中间适当调换渗碳箱位置。

  2)气体渗碳时,要注意炉内气氛充分循环,炉温要均匀,清除齿面油污,装炉量不宜过多,渗碳炉密封性能要好,漏气的马弗罐及时更换,定期检修渗碳炉。

  4 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。

  4.1原因分析

  1)表面脱碳,金相检查有脱碳层,是因渗碳后正火或淬火过程中保护不力所致。

  2)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。

  3)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。

  4)齿轮材料淬透性差及淬火冷却介质的冷却能力不足。

  5)淬火后回火温度过高,保温时间过长。

  4.2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℃、3h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,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,选择合适温度进行回火。

  5 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。

  5.1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或渗碳后重新淬火时,淬火温度偏低。

  3)冷却速度不够,金相组织观察,不是低碳马氏体组织,而是索氏体组织。

  4)心部有大量未溶铁素体存在,是由于加热温度偏低或加热时间不足造成。

  5.2预防措施

  1)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。

  2)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。

  3)选用淬透性好、材质好的钢材作渗碳齿轮材料。

  


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