齿轮渗碳碳化物级别偏高的原因分析及解决措施

2022-07-12刘少军王培科

金属加工(热加工) 2022年6期

刘少军，王培科

西安煤矿机械有限公司陕西西安 710000

1 序言

齿轮使用要求为表面耐磨、齿心韧性好、耐冲击，因此一般选择低碳合金钢进行渗碳淬火处理；经常会因设备故障或工艺设计不当，致使齿轮渗碳层碳化物级别偏高，大量角块状及网状碳化物割裂了金属的连续性，降低了齿轮的塑韧性[1]，在磨齿的过程中易产生磨削裂纹。另外，在使用过程中易使齿轮产生剥落、掉块、断裂。因此，如何消除碳化物，降低碳化物级别是亟需解决的关键问题。

2 齿轮渗碳层碳化物级别偏高原因分析

渗碳齿轮出现大块状和网状碳化物，主要是由于表层碳含量过高引起的[2]。根据造成碳化物形成方式的不同，齿轮渗碳层碳化物级别偏高的形成原因主要有以下几类。

（1）工艺原因材料合金系数计算不准确，致使编制工艺时强渗期碳势偏高。

（2）操作原因

1）可控气氛渗碳时富化剂量过多。

2）渗碳后冷却太慢，形成网状二次碳化物[3]。

3）采用渗碳后直接淬火时，预冷时间过长，淬火温度过低，在预冷时间里，使碳化物沿奥氏体晶界析出。

（3）设备原因

1）碳势控制系统失控。

2）氧探头损坏，指示值偏低，富化气供给量多。

3）氧探头参比空气管路不畅，造成空气不能顺利达到探头，造成探头输出值大幅度降低。

4）氧探头空气吹扫管路不畅，影响探头除炭效果，探头表面有炭黑沉积。

5）炉内炭黑过多，未能按时烧炭黑。

6）炉子漏气，氧探头毫伏值下降，富化气增加。

3 降低碳化物级别的措施

在日常生产中，应经常维护渗碳设备，确保设备运行正常；编制正确渗碳工艺，严格按照工艺操作，减少操作失误；当出现碳化物级别偏高的情况时，应及时改进工艺，降低碳化物级别，根据发现碳化物级别偏高的时间不同，采取不同的工艺方案措施，对于渗碳残留奥氏体多的材料，可在降低碳化物后先进行两次高温回火，再进行淬火。根据具体情况，降低渗碳层碳化物级别的措施如下。

1）齿轮渗碳过程中，发现中间试样碳化物级别偏高，渗碳层深度未达到要求。

采取措施：降低碳势，使炉子中的碳势为材料渗碳层的共析碳含量，如18C r2N i4WA钢、20Cr2Ni4A钢，可设定碳势为0.65%，并延长渗碳时间，直至碳化物级别降低至合格范围。

2）检测齿轮随炉试样时，齿轮已出炉坑冷，渗碳层深度为技术要求的最小值。

采取措施：重新加热至渗碳温度930℃，降低渗碳碳势，直至碳化物级别降至合格范围。

3）检测齿轮随炉试样时，渗碳层深度已接近或达到技术要求。

采取措施：通氮气保护，炉温升至980℃，根据碳化物级别的大小确定扩散正火的时间，直至碳化物降至合格范围，关键是缩短时间，减少渗碳层深度。