渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
渗碳淬火质量缺陷分析
齿轮渗碳后淬火的质量分析摘要：通过对齿轮渗碳淬火后出现质量问题的分析和处理，论述了齿轮淬火产生缺陷的原因，提出了控制淬火过程和合理选用淬火介质应该注意的一些问题。
1 齿轮渗碳淬火常见质量问题（1）淬火后硬度不足、硬度分布不均匀、硬化深度不够；（2）淬火后心部硬度过高；（3）淬火变形超差；（4）淬火开裂；（5）油淬后表面光亮度不够。
这类质量问题的出现往往与齿轮的材质、前处理、淬火加热、渗碳碳势和淬火冷却有关。
在排除材质、前处理和加热渗碳中的问题后，淬火介质及相关技术的作用就特别突出了。
近年来国外对淬火冷却问题的研究证明，它是提高热处理质量最值得注意的问题。
渗碳齿轮淬火常用油作冷却介质。
因此，下面将首先分析齿轮淬火产生质量问题与淬火介质特性和用法的关系，并指出了淬火介质冷却速度的特点。
最后介绍了常用淬火介质的特点和选用时的注意事项。
1.1 硬度不足与硬化层深度不够淬火冷却速度偏低是造成齿轮淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不够的原因，冷却偏低又可以分为高温阶段冷速不足、中低温阶段冷速不足以及低温阶段冷速不足等情况。
如对于中小齿轮，淬火硬度不足往往是中高温阶段冷速不足所致，而模数大的齿轮要求较深淬硬层时，提高低温冷却速度就非常必要了。
对于淬火用油，一般说，油的蒸气膜阶段短、中温冷速快、低温冷却速度快，往往能获得高而且均匀的淬火硬度和足够的淬硬深度。
工件装挂方式对淬火冷却效果也有明显影响。
要使淬火油流动通畅，并配备和使用好搅拌装置，才能得到更好的冷却效果。
提高淬火介质的低温冷却速度，可以增大淬硬层深度。
在渗层碳浓度分布相同的情况下，采用低温冷却速度高的淬火油，往往获得更深的淬火硬化层，因此，采用冷却速度快的淬火油，缩短渗碳时间，也能获得要求的淬硬层深度。
要求的渗碳淬硬层深度越大，这种方法缩短渗碳时间的效果越明显。
1.2 淬火后心部硬度过高这类问题主要与原材料淬透性、所选淬火油冷速过快或其低温冷却速度过高有关。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
预防措施
(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 势渗碳炉中进行扩散处理，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。
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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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1、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。
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5、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。
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原因分析
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碳化物 400× 4%硝酸酒精溶液侵蚀
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原因分析
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，从奥氏体晶界处析出渗碳体形成块状、网状 分布。
经验分享：差速器齿轮渗碳淬火缺陷原因分析及对策
差速器齿轮渗碳淬火的质量缺陷大致可分为：外观缺陷（氧化、锈蚀），硬度、有效硬化层不合格（硬度高、硬度低、硬度不均匀，有效硬化层深、有效硬化层浅），金相组织缺陷（马氏体、碳化物、心部组织级别超标、表层非马超标），热处理变形（缩孔、锥度、圆度及畸变），下面就齿轮渗碳淬火生产中常见的质量缺陷，进行影响因素分析及补救对策实施阐述。
一、外观缺陷（1）表面氧化产生原因可能是热处理炉密封差而导致漏气，另外还有可能是渗碳介质纯度不够（含有水分）。
防范措施即为检查炉子密封性和提高渗碳介质纯度。
（2）表面锈蚀、污物、金属瘤产生原因可能是进炉前零件没有彻底清洗干净，热处理前机加工时切削液不合格，没有清洗干净。
零件表面沾有碎切屑，热处理加热过程中熔化粘结于零件表面。
防范措施即为采用弱碱性清洗液对进炉前零件进行认真彻底清洗，确保进炉前零件的清洁度。
二、有效硬化层深度、表面硬度、心部硬度缺陷（1）有效硬化层深度又叫淬硬层深度，一般用显微硬度计检测，从表面一直测至界限硬度处的直线距离；而渗碳层深是指渗碳层的深度，一般用金相法来检测，合金渗碳钢从表面测至过渡区。
因零件的渗碳层深仅指对合金钢渗入碳的深度，是齿轮热处理生产中的一个过程指标，不能很好地反映齿轮的热处理最终结果，故正规的技术文件，大多以有效硬化层深度作为零件热处理后的检测、考核指标。
有效硬化层深度缺陷又分以下两种情况：第一种是有效硬化层深度浅，产生的原因可能是：原材料的淬透性差、端淬值低；淬火冷却介质的冷却能力差；渗碳保温时间短、强渗及扩散期的碳浓度低，导致渗碳层深度不够；渗碳炉的有效加热区的温度分布不均匀，导致不同区域零件渗碳层深度不够。
相应防范措施为：调换淬透性好、端淬值高的原材料；调换冷却能力好的淬火冷却介质或加大淬火冷却介质容量，增加搅拌功能；延长渗碳保温时间，提高强渗及扩散期的碳浓度，使渗碳层深度合格；检测渗碳炉有效加热区的温度均匀性，使各零件的渗碳层深度稳定、统一，达到技术要求。
浅谈渗碳热处理的控制与缺陷分析
浅谈渗碳热处理的控制与缺陷分析通常机械工件在完成机加工之后需要进行渗碳处理，来提高表面硬度、耐磨性能以及解除疲劳强度的等。
但是在实际的渗碳热处理过程中，常常会出现各种缺陷导致的最终的产品不能使用或者寿命降低。
本文主要针对渗碳热处理的控制以及缺陷进行了分析，对实际的渗碳热处理具有一定的指导意义。
材料为钢的机械零件为了得到较高的表面质量，一般都需要进行渗碳热处理，来提高零件表面的强度、硬度、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。
渗碳处理是将刚件放入到渗碳的介质中加热并保温一段时间，使碳原子能够渗入到刚件的表面，使的刚件表面的碳浓度增加。
渗碳属于金属表面处理的一种，对于低碳钢和低合金钢的应用较多；通过将活性渗碳介质和工件加热至900-1000℃的单相奥氏体，保温一定时间之后，碳原子进入到刚件的表层，但是钢件心部仍然保持原样。
1.渗碳热处理工艺1.1.渗碳热处理渗碳之后的钢件其表面的化学成分接近于高碳钢。
通常，钢件在渗碳之后要经过淬火处理，来达到高的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，并实现钢件心部具有低碳钢淬火后的强韧性，使得钢件既具有非常好的表面质量优能承受冲击载荷。
渗碳工艺广泛的应用于航空航天、船舶海洋、汽车工业等行业。
1.2.渗碳热处理渗碳热处理按使用的渗碳剂可分为如下三大类：固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法；体渗碳法：以氰化钠（NaCN）为主剂之渗碳法；气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。
1.2.1.固体渗碳法先将处理工件去锈，以适当的间隔（20～25㎜以上）排列于渗碳箱中，周围填围渗碳剂，加盖以粘土封密装入电气炉。
加热保持一定时间。
在炉中经过所定后，在炉内慢慢冷却或者由炉中拖出空冷，后进行热处理。
渗碳钢的表面为高碳钢，心部为低碳钢，有必要施行适用各部份的硬化处理，一般进行一次淬火将心部组织微细化，其次进行二次淬火将渗碳层硬化，最后进行回火使硬化层的组织安定化。
但依钢材的种类及使用目的而有适当的热处理，镍铬钢、镍铬钼钢等的结晶粒粗大化少，未必要一次淬火，渗碳后实施球状化退火者已达一次淬火的目的，亦无此必要；一次淬火的淬火温度高，变形大，容易脆裂，要尽量避免；渗碳层浅的小工件通常省略一次淬火。
渗碳件常见的缺陷及防止和补救措施
渗碳件常见的缺陷及防止和补救措施1、深层过浅：产生的原因主要是加热温度低，时间短，炉内的碳势低等原因造成的。
应针对具体原因采取防止措施。
深层过浅可采取补渗予以补救。
2、渗层过深：产生的原因主要是加热温度高，时间长，炉内的碳势高等原因造成的。
应针对具体原因采取防止措施。
但对已超过标准要求的是无法补救的。
3、渗层深度不均匀：产生这种缺陷的主要原因是炉温不均匀，炉内碳势不均匀，或工件表面不净。
防止方法主要是改善炉内温度和碳势的均匀性，清洁工件表面。
这类缺陷可在比较缓和的渗碳气氛炉内重新渗碳，使其扩散均匀。
4、渗碳层脱碳：产生这种缺陷的主要原因是渗碳后期碳势降低太大，或是出炉冷速慢，零件在高温下与空气接触时间太长，或在重新加热时炉气保护不良等，防止办法采取相应措施，可以用补渗的办法补救。
5、网状碳化物：产生网状碳化物的主要原因是炉内碳势太高，或是渗碳后的冷却速度太慢。
可通过控制合适的碳势，或加大冷却速度来防止。
已有的网状碳化物可以通过正火处理来消除。
6、残余奥氏体量过多：钢中的合金元素较多碳浓度过高，淬火温度高时易产生多量残余奥氏体。
适当降低碳势和淬火温度可防止产生多量残余奥氏体。
采用长时间的较高温度回火可使残余奥氏体分解，也可以采用重新加热淬火及深冷处理等方法进行补救。
7、黑色组织：渗层中的黑色组织通常因升温期排气不足，晶界发生氧化而使合金元素贫化造成在淬火后出现驱氏体和贝氏体。
这种组织对零件性能有很坏的影响，而且是不可挽救的，应按上述因素采取预防措施。
8、芯部硬度偏高：1.降低淬火温度，但是降低淬火温度后注意可能有铁素体析出。
2.使用冷速慢的油,但有可能表面硬度不均,硬化层不均.3.降低油搅拌的速度,在油冷速慢的油温使用.淬火油甚至不搅拌.4.加大有效尺寸,比如把孔中加实心工装,增大热容量,降低冷速.5. 检测原材料的化学成分，是否有超标。
原始含碳两越高，心部硬度越高。
对于薄壁件,心部硬度降不下来,厚大的件,心部硬度提不上来.因此针对某种产品选择原材料的含碳量是最重要的.热处理只能在很小的范围内调节.。
渗碳常见的五种缺陷和相应的防止方法
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
渗碳常见的五种缺陷和相应的防止方法
一、碳浓度过高
1、产生原因及危害：假如渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用强烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的现象。
随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物。
由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。
并且淬火时形成高碳马氏体，在磨削时容易出现磨削裂纹。
⒉防止的方法
①不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的晶粒长大为好。
假如渗碳时晶粒粗大，则应在渗碳后正火或两次淬火处理来细化晶粒。
②严格控制炉温均匀性，不能波动过大，在反射炉中固体渗碳时需特别注意。
③固体渗碳时，渗碳剂要新、旧配比使用。
催渗剂最好采用47%的BaCO3，不使用Na2CO3 作催渗剂。
二、碳浓度过低
⒈产生的原因及危害：温度波动很大或催渗剂过少都会引起表面的碳浓度不足。
最理想的碳浓度为0.91.0%之间，低于0.8%C，零件容易磨损。
⒉防止的方法：
①渗碳温度通常采用920940℃，渗碳温度过低就会引起碳浓度过低，且延长渗碳时间;渗碳温度过高会引起晶粒粗大。
②催渗剂(BaCO3)的用量不应低于4%。
三、渗碳后表面局部贫碳：。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施汇报人：日期:•渗碳齿轮热处理简介•渗碳齿轮热处理常见缺陷•缺陷产生原因分析目•预防措施与建议•结论与展望录渗碳齿轮热处理简介01CATALOGUE渗碳齿轮热处理定义•渗碳齿轮热处理是一种通过向齿轮表面渗入碳元素，然后进行淬火和回火的热处理工艺。
目的是提高齿轮表面的硬度和耐磨性，以满足齿轮传动系统的高强度和高耐久度要求。
5. 后处理清洗、检查、包装等。
4. 回火处理将淬火后的齿轮加热至一定温度，然后缓慢冷却，消除内部应力，提高韧性。
3. 淬火处理将渗碳后的齿轮迅速冷却，提高硬度。
1. 预处理齿轮清洗、除油，确保表面干净。
2. 渗碳处理在一定温度下，将齿轮置于含碳气氛中，使碳元素渗入齿轮表面。
提高齿轮表面硬度：通过渗碳热处理，齿轮表面硬度可大幅提高，从而提高其耐磨性和抗疲劳性能。
延长使用寿命：经过渗碳热处理的齿轮，在承受高负荷和冲击时，不易磨损和断裂，从而延长了齿轮的使用寿命。
请注意，这里只提供了关于渗碳齿轮热处理的简介部分。
如果需要关于其常见缺陷及预防措施的内容，请进一步指明，我会继续为您扩展相应部分。
优化组织结构：通过淬火和回火处理，可以改善齿轮钢的组织结构，使其更加致密，进一步提高其力学性能。
渗碳齿轮热处理常见缺陷02CATALOGUE渗碳过程中温度、时间控制不当，碳浓度不足，导致硬度不达标。
原因影响预防措施硬度不足将降低齿轮的耐磨性和抗疲劳性能，缩短使用寿命。
严格控制渗碳温度、时间和碳浓度，确保渗碳层深度和硬度符合要求。
030201硬度不足淬火过程中温度变化过快，导致内应力过大，产生裂纹。
原因淬火裂纹严重影响齿轮的强度和韧性，增加齿轮断裂风险。
影响优化淬火工艺，控制淬火温度和冷却速度，降低内应力；采用适当的淬火介质，保证齿轮均匀冷却。
预防措施淬火裂纹影响热处理变形会影响齿轮的传动精度和啮合性能，降低齿轮传动效率。
原因热处理过程中温度分布不均，导致齿轮各部分热胀冷缩程度不同，产生变形。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施共25页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
齿轮渗碳淬火热处理变形的分析与改进
齿轮渗碳淬火热处理变形的分析与改进在现代机械组合中齿轮是最常见、应用最多的零件之一，轮船、飞机、汽车、起重机等几乎所有的机械中都有齿轮的存在，足见其作用和用量之大。
在机械使用过程中时有齿轮失效情况的发生，主要包含轮齿疲劳折断与齿面疲劳损伤等问题。
现阶段制造生产齿轮的过程中，进行渗碳淬火热处理仍然是主流工艺，不过该方式存在一个较大的弊端，即为齿轮渗碳淬火热处理后的变形问题，该弊端大大降低了齿轮的质量。
标签：齿轮；渗碳处理；淬火处理、热处理变形；改进措施加工过程中对齿轮进行合理的热处理有利于增强其承载能力并提升其使用寿命，热处理应用较多的方式为渗碳淬火，该方法能有效提升齿轮的性能，不过该方式工序较为复杂，时常会因某些因素而导致齿轮出现变形等现象。
影响热处理变形的原因有很多，例如齿轮的结构、材料、锻造质量、预备热处理质量等等，而且这些因素还相互影响，很难控制，笔者对齿轮渗碳淬火热处理变形现象做了细致合理的分析，并针对其处理工艺等情况拟定了有效改善措施。
1 齿轮参数及热处理工艺1.1 齿轮参数本文所选齿轮材质：20CrMnTiH，具体参数为：模数=1.191mm、左旋25°、公法线=16.44（-0.05，0）mm、齿顶圆直径Φ=39.831（-0.1，0）mm、内径Φ=16（0，+0.018）mm。
该齿轮是对称中空结构，且内径、外径较大，无腹板支撑，壁厚相对薄，对其进行热处理较易发生变形。
1.2 齿轮热处理工艺该齿轮热处理工艺分别通过长度15米的渗碳淬火炉与长度8米的回火炉进行，具体工艺流程为：将齿轮放入渗碳炉中，经三小时由室温匀速升至（920±5）℃，之后恒温渗碳三小时，渗碳结束后经四十分钟匀速降温至（860±5）℃，之后恒温淬火五十分钟，其中淬火液需为80℃，之后对其进行为期2小时、温度为（160±5）℃的低温回火，原有工艺中齿轮进行渗碳时为四只齿轮分别平放。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
保持热处理过程中温度和冷却速度的稳定性、加强齿轮结构 设计等。
02
预防措施
选用高质量渗碳剂
确保渗碳剂质量
选用由正规厂家生产、质量稳定的渗 碳剂，避免因渗碳剂质量问题导致热 处理缺陷。
查验成分含量
避免混用不同牌号渗碳剂
不同牌号的渗碳剂成分和性能有所差 异，避免混用以免影响热处理效果。
对渗碳剂的成分含量进行严格检验， 确保其符合工艺要求。
渗碳剂的选用和调整
选用
根据齿轮的材质和热处理需求，选择合适的渗碳剂。
调整
根据实际操作情况，对渗碳剂的成分和比例进行适当调整，以确保齿轮能够获得理想的 渗碳效果。
渗碳过程的控制
温度控制
保持渗碳炉内的温度稳定 ，以避免齿轮在渗碳过程 中出现不均匀的温度分布 。
时间控制
渗碳过程应控制在适当的 温度和时间下进行，以确 保齿轮能够充分吸收碳元 素。
淬火过程的控制
温度控制
保持淬火炉内的温度稳定，以避 免齿轮在淬火过程中出现不均匀 的温度分布。
时间控制
淬火过程应控制在适当的温度和 时间下进行，以确保齿轮能够获 得理想的硬度和耐磨性。
冷却控制
淬火后的冷却过程也需严格控制 ，以避免齿轮出现裂纹或其他淬 火缺陷。
04
渗碳齿轮热处理质量检测方法
渗碳层深度检测
预防措施
提高渗碳温度、延长渗碳时间、优化 炉内气氛等。
渗碳层碳浓度不均匀
原因
渗碳层碳浓度不均匀可能是由于渗碳过程中温度波动大、炉内气氛不稳定、渗碳剂分布不均匀等原因引起的。
预防措施
保持渗碳过程中温度稳定、优化炉内气氛、均匀分布渗碳剂等。
齿轮表面粗糙
原因
齿轮表面粗糙可能是由于渗碳后表面残渣未清理干净、热处理过程中氧化脱碳严重等原因引起的。
20CrMnTi钢渗碳齿轮轴失效分析及预防措施
硬度提高 。由于连续炉生产线的生产任务紧 ,一时无 法停炉 ,因此采用在 N32机械油中添加 Y152IT添加剂 的办法 ,改善了油的冷却特性 ,然后定期添加 Y352I新 油 。这对模数较小或轴径较细的工件 ,改进后的淬火 油基本能够满足要求 ,但对模数较大或轴径较粗的工 件 ,非马氏体组织仍较多 ,该油的冷却能力还显不足 。 目前 ,淬火油已全部更换为 Y352I等温分级淬火油 ,油 温控制在 100 ℃左右 ,处理后零件的心部硬度提高到 38～43HRC,基本消除了渗层组织中的贝氏体 。
20CrMnT i钢渗碳齿轮轴失效分析及预防措施
刘桂燕 ,高泊依 ,李俊英 ,张爱民 (安阳桦炜齿轮有限责任公司 ,河南 安阳 455000)
Fa ilure Ana lysis and Preven tion M ea sures for 20CrMnT i Steel Carbur ized Gear Shaft
线 ,每盘料生产节拍为 20 m in,渗碳介质为甲醇 、丙酮 , 的淬透性偏低 ,淬火用的 N32 机械油的冷却能力不
表 1所列为热处理工艺参数 , 淬火介质为 N32 机械 足 ,工件渗碳淬火后心部硬度较低 ,同时次表面形成了
油 ,介质温度为 100～120 ℃。要求齿轮轴渗碳后渗层 大量贝氏体组织 。由于马氏体与贝氏体的比容相差较
热处理 , 2005, 30 (3) : 59260.
《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期
95
(2) 从淬火介质入手 ,将 N32机械油更换为 Y152 II速光亮淬火油 ,油温控制在 80 ℃左右 。整个过程严 格按热处理工艺进行 ,渗碳后多次抽检 ,金相组织从表 面到心部依次为细小针状马氏体 +少量残留奥氏体 + 少量碳化物 →高碳马氏体 +残留奥氏体 →低碳马氏体 +少量铁素体 ,次表面基本上消除了贝氏体组织 ,心部
渗碳件常见缺陷与对策
渗碳件常见缺陷与对策一、渗碳层出现大块状或网状碳化物缺陷产生原因：1、表面碳浓度过高；2、滴注式渗碳，滴量过大；3、控制气氛渗碳，富化气太多；4、液体渗碳，盐浴氰根含量过高；5、渗碳层出炉空冷，冷速太慢；对策：1、降低表面碳浓度，扩散期内减少滴量和适当提高扩散期湿度，也可适当减少渗碳期滴量；2、减少固体渗碳的催碳剂；3、减少液体渗碳的氰根含量；4、夏天室温太高，渗后空冷件可吹风助冷；5、提高淬火加热温度50~80ºC并适当延长保温时间；6、两次淬火或正火+淬火，也可正火+高温回火，然后淬火回火；二、渗层出现大量残余奥氏体缺陷产生原因：1、奥氏体较稳定，奥氏体中碳与合金元素的含量较高；2、回火不与时，奥氏体热稳定化；3、回火后冷却太慢；对策：1、表面碳浓度不宜太高；2、降低直接淬火或重新加热淬火温度，控制心部铁素体的级别≤3级；3、低温回火后快冷；4、可以重新加热淬火，冷处理，也可高温回火后重新淬火；三、表面脱碳缺陷产生原因：1、气体渗碳后期，炉气碳势低；2、固体渗碳后，冷却速度过慢；3、渗碳后空冷时间过长；4、在冷却井中无保护冷却；5、空气炉加热淬火无保护气体；6、盐浴炉加热淬火，盐浴脱氧不彻底；对策：1、在碳势适宜的介质中补渗；2、淬火后作喷丸处理；3、磨削余量，较大件允许有一定脱碳层（≤0.02mm）；四、渗碳层淬火后出现屈氏体组织（黑色组织）缺陷产生原因：渗碳介质中含氧量较高：氧扩散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素贫化，使淬透性降低。
对策：1、控制炉气介质成分，降低含氧量；2、用喷丸可以进行补救；3、提高淬火介质冷却能力；五、心部铁素体过多，使硬度不足缺陷产生原因：1、淬火温度低；2、重新加热淬火保温时间不足，淬火冷速不够；3、心部有未溶铁素体；4、心部有奥氏体分解产物；对策：1、按正常工艺重新加热淬火；2、适当提高淬火温度延长保温时间；六、渗碳层深度不足缺陷产生原因：1、炉温低、保温时间短；2、渗剂浓度低；3、炉子漏气；4、盐浴渗碳成分不正常；5、装炉量过多；6、工件表面有氧化皮或积炭；对策：1、针对原因，调整渗碳温度、时间、滴量与炉子的密封性；2、加强新盐鉴定与工作状况的检查；3、零件应该清理干净；4、渗层过薄，可以补渗，补渗的速度是正常渗碳的1/2，约为0.1mm/h 左右；七、渗层深度不均匀缺陷产生原因：1、炉温不均匀；2、炉内气氛循环不良；3、炭黑在表面沉积；4、固体渗碳箱内温差大与催渗剂不均匀；5、零件表面有锈斑、油污等；6、零件表面粗糙度不一致；7、零件吊挂疏密不均；8、原材料有带状组织；对策：1、渗碳前严格清洗零件；2、清理炉内积炭；3、零件装夹时应均匀分布间隙大小相等；4、经常检查炉温均匀性；5、原材料不得有带状组织；6、经常检查炉温、炉气与装炉情况；八、表面硬度低缺陷产生原因：1、表面碳浓度低；2、表面残余奥氏体多；3、表面形成屈氏体组织；4、淬火温度高，溶入奥氏体碳量多，淬火后形成大量残余奥氏体；5、淬火加热温度低，溶入奥氏体的碳量不够，淬火马氏体含碳低；6、回火温度过高；对策：1、碳浓度低，可以补渗；2、残余奥氏体多，可高温回火后再加热淬火；3、有托氏体组织，可以重新加热淬火；4、严格热处理工艺纪律；九、表面腐蚀和氧化缺陷产生原因：1、渗剂不纯有水、硫和硫酸盐；2、气体渗碳炉漏气固体渗碳时催渗剂在工件表面融化，液体渗碳后，工件表面粘有残盐；3、高温出炉，空冷保护不够；4、盐炉校正不彻底，空气炉无保护气氛加热，淬火后不与时清洗；5、零件表面不清洁；对策：1、严格控制渗碳剂与盐浴成分；2、经常检查设备密封情况；3、对零件表面与时清理和清洗；4、严格执行工艺纪律；十、渗碳件开裂缺陷产生原因：1、冷却速度过慢，组织转变不均匀；2、合金钢渗后空冷，在表层托氏体下面保留一层未转变奥氏体在随后冷却或室温放置时，转变成马氏体，比容加大，出现拉应力；3、第一次淬火时，冷却速度太快或工件形状复杂；4、材质含提高淬透性的微量元素（Mo、B）太多等；对策：1、渗后减慢冷却速度，使渗层在冷却过程中完全共析转变；2、渗后加快冷却速度，得到马氏体+残余奥氏体。
大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制
大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制大型齿轮渗碳淬火变形原因及其控制现代机械制造及其零件加工中，大型齿轮是关键零部件，它们不仅起着传动作用，还起着支承、动平衡的作用，对机械的正常运行至关重要。
当齿轮经过渗碳淬火处理后，由于未能避免变形，有时会使齿轮运行精度降低，因而影响机械的整体性能。
如何控制大型齿轮渗碳淬火变形，成为设计和制造车间使用者关注的问题。
一般来说，大型齿轮渗碳淬火变形的原因主要有以下几点：1、齿轮原料性能不合格。
在齿轮渗碳淬火处理中，齿轮原料的强度和弹性模量影响着钢中组织析出、表面热处理结构成型等问题，直接影响渗碳淬火变形问题，如果原料特性不合格，将影响渗碳淬火变形程度。
2、齿轮渗碳淬火参数设定不当。
齿轮的渗碳淬火参数的正确设定是控制变形的关键，如果参数设定不当，将会导致齿轮变形严重。
3、齿轮加工误差。
齿轮渗碳淬火变形原因中，加工误差也是一个很重要的原因，加工误差造成的不良尺寸结果会影响热处理时的构件变形，导致变形严重。
4、渗碳淬火装置的不良质量。
渗碳淬火装置的质量有很大的影响，质量不合格的设备会导致渗碳淬火变形偏大，因此，在实际应用时，必须考虑装置的质量问题，保证渗碳淬火变形可控。
为了控制大型齿轮渗碳淬火变形，应该采取以下措施：1、对齿轮原料进行优质挑选，保证其质量达标，以确保齿轮渗碳淬火变形可控。
2、正确设定齿轮渗碳淬火参数，不断优化工艺参数，以满足精度要求。
3、将加工精度提高到一定程度，保证齿轮尺寸精度，并将影响变形的因素考虑进去。
4、购买正规的渗碳淬火设备，定期维护保养，保证设备质量达标，以此达到控制渗碳淬火变形的目的。
总之，要控制大型齿轮渗碳淬火变形，必须正确认识变形原因，采取有效措施，合理设定工艺参数，加上优质的原料以及良好的设备，才能使齿轮渗碳淬火变形可控，从而提高齿轮运行精度，保证机械的正常运行。
渗碳淬火常见缺陷及对策
渗碳淬火常见缺陷及对策渗碳层出现大块状或网状碳化物缺陷产生原因：表面碳浓度过高1．滴注式渗碳，滴量过大2．控制气氛渗碳，富化气太多3．液体渗碳，盐浴氰根含量过高4．渗碳层出炉空冷，冷速太慢对策：1．降低表面碳浓度，扩散期内减少滴量和适当提高扩散期湿度，也可适当减少渗碳期滴量2．减少固体渗碳的催碳剂3．减少液体渗碳的氰根含量4．夏天室温太高，渗后空冷件可吹风助冷5．提高淬火加热温度50~80ºC并适当延长保温时间6．两次淬火或正火+淬火，也可正火+高温回火，然后淬火回火渗层出现大量残余奥氏体缺陷产生原因：1．奥氏体较稳定，奥氏体中碳及合金元素的含量较高2．回火不及时，奥氏体热稳定化3．回火后冷却太慢对策：1．表面碳浓度不宜太高2．降低直接淬火或重新加热淬火温度，控制心部铁素体的级别≤3级3．低温回火后快冷4．可以重新加热淬火，冷处理，也可高温回火后重新淬火表面脱碳缺陷产生原因：1．气体渗碳后期，炉气碳势低2．固体渗碳后，冷却速度过慢3．渗碳后空冷时间过长4．在冷却井中无保护冷却5．空气炉加热淬火无保护气体6．盐浴炉加热淬火，盐浴脱氧不彻底对策：1．在碳势适宜的介质中补渗2．淬火后作喷丸处理3．磨削余量，较大件允许有一定脱碳层（≤0.02mm）渗碳层淬火后出现屈氏体组织（黑色组织）缺陷产生原因：渗碳介质中含氧量较高：氧扩散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素贫化，使淬透性降低对策：1．控制炉气介质成分，降低含氧量2．用喷丸可以进行补救3．提高淬火介质冷却能力心部铁素体过多，使硬度不足缺陷产生原因：1．淬火温度低2．重新加热淬火保温时间不足，淬火冷速不够3．心部有未溶铁素体4．心部有奥氏体分解产物对策：1．按正常工艺重新加热淬火2．适当提高淬火温度延长保温时间渗碳层深度不足缺陷产生原因：1．炉温低、保温时间短2．渗剂浓度低3.炉子漏气4．盐浴渗碳成分不正常5．装炉量过多6．工件表面有氧化皮或积炭对策：1．针对原因，调整渗碳温度、时间、滴量及炉子的密封性2．加强新盐鉴定及工作状况的检查3．零件应该清理干净4．渗层过薄，可以补渗，补渗的速度是正常渗碳的1/2，约为0.1mm/h左右渗层深度不均匀缺陷产生原因：1．炉温不均匀2．炉内气氛循环不良3．炭黑在表面沉积4．固体渗碳箱内温差大及催渗剂不均匀5．零件表面有锈斑、油污等6．零件表面粗糙度不一致7．零件吊挂疏密不均8．原材料有带状组织对策：1．渗碳前严格清洗零件2．清理炉内积炭3．零件装夹时应均匀分布间隙大小相等4．经常检查炉温均匀性5．原材料不得有带状组织6．经常检查炉温、炉气及装炉情况表面硬度低缺陷产生原因：1．表面碳浓度低2．表面残余奥氏体多3．表面形成屈氏体组织4．淬火温度高，溶入奥氏体碳量多，淬火后形成大量残余奥氏体5．淬火加热温度低，溶入奥氏体的碳量不够，淬火马氏体含碳低6．回火温度过高对策：1．碳浓度低，可以补渗2．残余奥氏体多，可高温回火后再加热淬火3．有托氏体组织，可以重新加热淬火4．严格热处理工艺纪律表面腐蚀和氧化缺陷产生原因：1．渗剂不纯有水、硫和硫酸盐2．气体渗碳炉漏气固体渗碳时催渗剂在工件表面融化，液体渗碳后，工件表面粘有残盐3．高温出炉，空冷保护不够4．盐炉校正不彻底，空气炉无保护气氛加热，淬火后不及时清洗5．零件表面不清洁对策：1．严格控制渗碳剂及盐浴成分2．经常检查设备密封情况3．对零件表面及时清理和清洗4．严格执行工艺纪律渗碳件开裂缺陷产生原因：1．冷却速度过慢，组织转变不均匀2．合金钢渗后空冷，在表层托氏体下面保留一层未转变奥氏体在随后冷却或室温放置时，转变成马氏体，比容加大，出现拉应力3．第一次淬火时，冷却速度太快或工件形状复杂]4．材质含提高淬透性的微量元素（Mo、B）太多等对策：1．渗后减慢冷却速度，使渗层在冷却过程中完全共析转变2．渗后加快冷却速度，得到马氏体+残余奥氏体。
渗碳钢齿轮热处理变形及预防
渗碳钢齿轮热处理变形及预防陈 振摘要 根据对影响中、小模数渗碳钢齿轮热处理变形因素的分析及生产实践,提出预防齿轮热处理变形的方法。
关键词:齿轮 热处理 变形 控制中图分类号:T G157 文献标识码:B 文章编号:1671 3133(2003)05 0059 02本文以汽车、摩托车行业常见的中、小模数渗碳钢齿轮(模数1.5~ 2.75,齿数12~40)的热处理变形及预防加以分析研究。
一、影响热处理变形的主要因素及其控制1.钢材淬透性汽车、摩托车行业齿轮用钢一般采用低碳合金钢,如20CrMo、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等,这些材料淬透性好,热处理后可使齿轮有较好的强度和寿命,但过高的淬透性会使齿轮淬火时有较大的变形。
生产实践中,孔的收缩量可达0.08mm,齿向变化量可达0.02 mm。
中、小模数齿轮一般均能淬透,材料淬透性应控制在较小范围内,应根据产品结构和热处理生产条件通过试验确定其对淬透性的要求。
据文献[1]指出, 20CrM o钢中、小模数齿轮,钢材的淬透性能J9(距淬火端距离9mm)控制在H RC30~36范围内,能获得满意的热处理变形要求,国内生产厂家应尽量使用控制淬透性的H钢。
2.材料成分稳定性根据对国产材料成分统计分析,材料成分,特别是C和Cr的变动范围较大,从批量生产的结果来看,对热处理变形的稳定性有较大影响,应控制(缩小)原材料成分变化范围。
从德国Audi轿车变速器齿轮所用材料成分中可以发现,一是C、Cr等成份变化范围小,二是严格控制了Ni、M o、Si的含量(见表1)。
表1 Audi轿车齿轮材料材料C Si M n P S Cr Al Ni Mo4216F4220F4125F4128F0.14~0.190.17~0.220.23~0.280.25~0.300.120.120.120.121.00~1.401.00~1.150.60~0.800.60~0.80<0.035<0.035<0.035<0.0350.02~0.0350.02~0.0350.02~0.0350.02~0.0350.80~ 1.201.00~ 1.300.80~ 1.000.80~ 1.000.020~0.0550.020~0.0550.020~0.0550.020~0.0550.150.15 批量生产的某齿轮所用国产材料主要成分统计见表2。
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5、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。
原因分析
(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。
残余奥氏体6级 400× 4%硝酸酒精溶液侵蚀
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50～670℃、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。
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。 (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。
碳化物
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原因分析
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，从奥氏体晶界处析出渗碳体形成块状、网 状分布。
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3、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。
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，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。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预 防措施
一汽哈尔滨变速箱厂 郭子玉
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
预防措施
(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 势渗碳炉中进行扩散处理，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。
2、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。
原因分析
(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面残余奥 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。
(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工尺寸），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。
预防措施
(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℃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。
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
1、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。
预防措施
(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。
未溶铁素体
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4%硝酸酒精溶液侵蚀
预防措施
(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。