控制渗碳淬火工件变形--高温快速渗碳在生产中的应用.pdf

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1、控制渗碳淬火工件变形一高温快速渗碳在生产中的应用李京曹明宇马永顺(北京艾瑞机械厂热处理中心)摘要：本文以预处理工艺、渗碳工艺等方面对工艺的优化进行论述，指出优化工艺是依靠先进生产设备及现代技术理论结合而取得的。关键词：锻造余热调质；预处理；碳势：活化能。齿轮产品几乎是所有机械成套装备的传动部件，也是机械行业的关键基础件，所以齿轮一直是各工业发达国家机械工业的关注点。由于渗碳淬火后的齿轮具有良好的综合性能，这样就成为齿轮热处理的主导工艺。目前我国的齿轮渗层大于2姗以上的产品与工业发达国家相比存在的主要差距表现在磨齿后，齿面硬度不均匀，变形控制差，如渗碳淬

2、火后齿形、齿向距离误差大，齿轮的精度影响到传动的准确性，平稳性以及齿轮受载后载荷的均匀性。几何精度差，致使齿轮的传动装置运转不平稳，噪声大，所以降低了齿轮的使用寿命。在这其中，变形和碳化物的分布与形态，残余奥氏体的形态与量(％)的控制，晶粒粗大遗传是最难解决的技术难题，也是目前许多厂家热处理面临的一大难题。我们通过反复的实验和多次失败后，在对失败的原因进行分析中发现，控制与解决上述难题的决定因素是：1)、渗碳前齿轮的预处理工艺2)、加热过程中齿轮表层与心部的相变时间差和相变速度。3)、回火工艺当我们对以上因素进行了多钢种和多工艺反复实验后，找到了控制与

3、操作方法，可不限钢种，有广泛的使用范围，可达到节省大量电能，使产品质量、生产效率都大大的提高，给企业带来可观的经济效益。其中的技术难点：1、首先获得均匀合格的预处理组织2、把表层和心部的奥氏体相变时间差控制在最小的范围3、把渗碳淬火后渗层中碳化物级别控制在0．1级，残余奥氏体量控制在10％以内。4、根据变形要求制定回火工艺。1．预处理的控制国内大多数厂家选用传统正火工艺，获得齿轮在渗碳前的预备组织。后来金相检测中，发现采用这种工艺所得组织常常不是预想的均匀细小的组织而出现有代表性的带状偏析和混晶组织。检验结果证明，在渗碳层中，实际奥氏体晶粒已发生粗化和

4、严重的粗细不均，无疑造成淬火后渗层中马氏体粗大或使整体(渗层与心部)马氏体粗细不均，残余奥氏体超出20％并形态非弥散分部而且不均匀等缺陷，使工件严重变形，很难有规律性。众所周知奥氏体晶粒大小、均匀度直接影响到随后冷却过程中所转变组织形态的粗细均匀，在加热时奥氏体晶粒长大是一种晶界能推动的受扩散控制的热激活过程，这个过程包含两个方面：1)、奥氏体晶粒与均匀性以及晶界的迁移；2)、第二相的溶解与析出对晶界迁移的驱动力，后者是晶界迁移的阻力，在过去几年的生产中我们曾偏重于认为合金结构钢的奥氏体实际晶粒度的大小、均匀、检验的合格率主要取决于钢中合金元素在晶界的

5、钉扎效果，认为原正火工艺是由于没有解决好第二相质点对奥氏体．晶界的钉扎作用才造成不合格组织，使渗碳加热过程中起始晶粒度不均匀并产生局部晶粒异常长大，也就是通常称之为混晶，这种混晶组织是极易促使渗后淬火后工件变形。这是在作为渗碳工艺操作前传统的正火工艺所消除不了的组织缺陷。近年来工业发达国家如美国、日本等国对齿轮的变形提出更苛刻、更高的精度要求，尤其是引进的20CrNiMo、20CrNi2Mo、17CrNiM06等过冷奥氏体稳定性极高的高淬透性钢种，这是由于传统的正火工艺重冷却相交而忽视加热相变，这种传统的工艺对于已经粗化和不均匀的原始奥氏体晶粒往往效果

6、不能令人满意。这是工件厚薄不等、冷速不同，薄面风冷速快，产生粒状贝氏体。厚断面的部位冷速慢会产生成分偏析，铁素体多数在含P或含Mn的区域析出，而相邻区域造成碳原子的富集转变成珠光体，因此形成了铁素体和珠光体相互交错的带状组织，使热处理变形加大，也更难控制。综合以《金属热处理》2005年第30卷增刊上分析，我们制订了Arl稍低温度等温，当相变结束后，自然空冷的一种等温正火工艺，如将20CrNi2Mo的齿坯加热至950．980℃度保温足够奥氏体成分均匀的时间，快速冷至450．550℃，冷速控制在5-8min，然后再在650．680℃的炉中等温，这种工艺操作

7、的目的是以奥氏体状态高速T．c冷却，消除了铁素体因慢冷时作为领先相先析出，在珠光体区等温，直至相变完成后再自由空冷。这样处理后，能防止带状组织超差和产生粒状贝氏体，使金相组织和硬度均匀，达到减少渗碳淬火后齿轮的变形，提高了产品质量和生产率，工艺如图l。h—————————◆h—-—————+为了进一步的节省能源和提高产品的质量与生产效率，我们和锻造厂联合利用锻后余热进行等温正火。工艺如图2。这种工艺是当终锻温度(大于850℃)结束后停留3-5min，让心部因变形的产生的摩擦热反出表面，使表面温度升至900℃左右，同时锻造变形产生的应力能得到较多的释放，

8、而且细化的晶粒来不及发生再结晶，立即在水或油中快速冷却到MS点稍上，立即送入650．680。C