齿轮渗碳加工常见缺陷的原因分析及预防措施

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。