渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施

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。
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(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。
未溶铁素体
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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。
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)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。
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。
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
(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。
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。
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。
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。
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