8620材料渗碳热处理零件不良品返修方法

2015-04-23徐燊

金属加工(热加工) 2015年23期

■徐燊

8620材料（AISI）是国外广泛采用的一种渗碳钢，这种钢含合金元素Ni，因此该材料的齿轮在渗碳、淬火过程中形成的碳化物及氧化层比20CrMnTi材料要少。在实际生产过程中，渗碳设备由于机械或电气故障原因，导致炉内零件出现各种指标超差的情况，比较常见的有硬化层深超标、网状或半网状碳化物、组织粗大、残留奥氏体超标、表面硬度低等问题。笔者结合自身工作实际情况，选取一个比较典型的案例进行分析，对8620材料渗碳零件的返修提出一点看法。

1. 返修案例

我公司生产的某种片状齿轮零件，材料为8620RH，材料成分见表1，模数为4.5，零件技术要求：渗碳硬化层深0.84～1.34mm（513HV），表面硬度58～63HRC，心部硬度30～45HRC，金相组织符合TES-003《Metallurgical Requirements for Heat Treated Components》要求，不允许有碳化物。

一台氮甲醇气氛的AICHELIN箱式多用炉在生产过程中出现氧探头严重故障，零件表面附有炭黑，对此炉零件进行剖检。检测结果：零件硬化层深1.38mm，表面硬度59HRC，心部硬度42HRC，组织6级，并且齿尖有网状和半网状碳化物，如图1所示。

2. 原工艺

该零件原热处理工艺为：在920℃、碳势Cp=1.20%下强渗260min，先降到870℃，碳势Cp=0.9%，降温840℃，碳势Cp=0.85%，保温40min后淬火，淬火冷却介质为快速淬火油，回火为185℃，保温180min。渗碳工艺见图2。

3. 返修工艺

针对以上情况，需要对零件进行返修。返修后既要消除零件碳化物，又要求零件硬化层深不超过要求的上限。

返修工艺Ⅰ：温度890℃，碳势Cp=0.80%，保温90min，降温到830℃，碳势Cp=0.80%，均温30min。淬火冷却介质为快速淬火油，搅拌转速为500r/min。

返修工艺Ⅱ：温度890℃，碳势Cp=0.80%，保温30min，降温到830℃，碳势Cp=0.80%，均温30min。淬火冷却介质为等温分级淬火油，搅拌转速为300r/min。

图1 返修前的组织

图2 原渗碳工艺曲线

表1 8620RH钢的化学成分（质量分数）（%）

返修工艺Ⅲ：温度890℃，碳势Cp=0.80%，保温50min，降温到830℃，碳势Cp=0.80%，均温30min。淬火冷却介质为等温分级淬火油，快速搅拌为400r/min，慢速搅拌为300r/min，快搅时间为15s。

4. 返修结果及分析

从理论上分析，奥氏体化温度越高，保温时间越长，越有利于碳化物的溶解，但这样会大幅提高零件渗碳层深，也影响零件的变形趋势。因为返修工艺Ⅰ保温时间够长，就能消除掉零件碳化物（见图3），但是返修工艺Ⅱ保温时间不够，所以不能完全消除碳化物（见图4）。奥氏体化温度低，也无法完全消除碳化物。设定较低的碳势，是为了促进零件表面的过饱和碳向内外扩散，降低表面奥氏体的碳浓度。但同时碳浓度不能过低，这样会造成零件表面贫碳。通过对上述3个返修工艺对比（见表2），在890℃、碳势Cp=0.80%下，保温50min以上能够消除原零件的碳化物。

由于零件要求检测齿部硬化层深（513HV），我们可以通过降低次表层及心部的硬度，间接地降低零件硬化层深。选用冷却能力更弱的等温分级淬火油，并降低油槽搅拌电动机的转速，使淬火阶段零件的冷却效果减弱，将零件心部硬度从44HRC降到37HRC，从而使零件硬化层深满足要求。同时在淬火阶段前期增加少量快速搅拌时间，也有利于零件组织转变，降低零件表面的非马氏体组织。

另外，笔者还对有类似网状和半网状碳化物的20CrMnTi材料齿轮件进行了试验，发现用上述工艺Ⅲ进行返修，零件齿尖仍有大块状碳化物存在。于是将工艺温度提高到900℃，碳势Cp=0.80%，保温时间90min，才完全将零件的碳化物消除掉（见图5）。