渗碳齿轮热处理中常见缺陷及预防措施有哪些?

作者:   发表时间:2020-12-28 15 :05 :21   浏览量:379

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


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缺陷类型概述原因分析预防措施
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。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,从奥氏体品界处析出渗碳体形成块状、网状分布。(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收处理,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。
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。(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而残余奥氏体量过多。

(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。

(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650~670C、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(不影响齿轮的热后加王尺寸),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。
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。(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。

(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。
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。(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。
(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。

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。(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。

(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"C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。