渗碳齿轮心部铁素体对性能影响的分析

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结论
随着科学技术水平的不断发展，各种舒适、 方便、 快捷等 优越性能的气囊将会逐步装备到汽车上，最大限度地满足人们 对它的要求，使得汽车的安全性得到进一步的完善。 尽管安全 气囊是保护汽车乘员免受伤害的重要措施之一，但是还必须牢 牢记住乘员的安全是由汽车的整体安全性能决定的，更是由乘 员的安全意识来决定的。 也就是说，安全驾驶才是第一位的， 是任何先进的安全装置都无法替代的，因此汽车乘员即使在装 有安全气囊的汽车上也要应用其他的安全措施，以使乘员得到 最佳的保护措施。
图1
渗碳层组织
图2
心部组织
1
检测结果
2
2. 1
分析
铁素体产生的原因
在齿轮齿部和轴部取试样进行金相组织检查，其中渗碳层 组织 （ 图 1 ） 为针状马氏体 + 碳化物 + 残余奥氏体，根据 QC /
图3
不同直径圆棒心部与端试样 上相同硬度位置对应关系
［1 ］
图4
SCM420H 材料的淬透性曲线［2］
该齿轮最大轴径为 15 mm，在油中淬火时，从图 3 可以看 出，轴径 15 mm 时心部硬度对应端淬 试样上 J5. 5 处的 硬度。 再由图 4 查得端淬试样上 J5. 5 处的硬度为 34. 5 ～ 46 HRC。 由 于渗碳件通常是在低温下回火，可以认为淬火后的硬度和回火 后的硬度接近相同
Aaalysis of the Influence on Gear Performance of the Ferritein in the Center of Carburized Gear
WANG Shuyan （ Yubei Power Steering System Co． ，Ltd，Xinxiang Henan 453003 ，China）
【2 】 JIS G 4052 保证淬透性结构钢钢材［ S］ ． 【3 】 C． A． 郗伯泰（ 美） ． 钢的淬透性［ M］ ． 卢光熙， 赵子伟， 译． 上海： 1984 ： 154． 上海科学技术出版社， 【4 】 王泾文． 淬火温度对 20CrMnTi 钢组织和性能的影响［J］ ． 热加 2005 （ 1 ） ： 51． 工工艺， 【5 】 钱士强， 陈 行 康． 渗 碳 后 热 处 理 制 度 对 接 触 疲 劳 性 能 的 影 响 ［ J］ ． 热加工工艺， 1995 （ 6 ） ： 6． 【6 】 石英， ． ． 通用机械， 高亚洲 齿轮材料性能要求及正确选材［J］ 2005 （ 4 ） ： 92． 作者简介： 王书艳 （ 1973 —） ，女， 工程师， 主要从事热处理 工艺、金属材料及机械零件失效方面的研究 。 电话： 13693739580 ， Email： ybwangshuyan@ 126. com。
。 说明
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讨论
齿轮在工作时的一般受力情况是： 齿轮通过齿面接触传递
表1
组别 第一组 试样 2 试样 3 第二组 试样 4 105 70 92 序号 冲击值 Ak / J 试样 1 70
冲击试验结果
心部金相组织 板条状回火马氏体（ 约 55% ） + 较多条块状铁素体（ 约 45% ） 板条状回火马氏体（ 约 95% ） + 细条点状铁素体（ 约 5% ） 附图 图5 图6 图7 图8
Abstract： The carburized gear of one company breaked during the early stage of the endurance test，after metallographic inspection，it was found that there are a lot of ferrites in the center of the gear． The influence on gear performance of the ferrite in the center of the carburized we found that the ferrite in the centre of the gear will weaken the intensity and tenacity of the gear was analyzed． After some tests and research， gear，and the fatigue strength will be reduced． Keywords： Carburized gear； Ferrite in the centre of the gear； Performance
渗碳齿轮心部铁素体对性能影响的分析
王书艳
（ 豫北汽车动力转向器有限公司，河南新乡 453003 ）
摘要： 某公司渗碳齿轮新品在耐久试验早期出现断裂 ，经过检查发现齿轮心部组织中存在大量的铁素体 ，笔者就铁素体对渗 碳齿轮性能的影响进行了分析 。分析结果表明，心部铁素体的存在削弱齿轮心部的强度和韧性 ，降低齿轮的疲劳强度。 关键词： 渗碳齿轮； 心部铁素体； 性能
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结论
（ 1 ） 该齿轮使用材料在正常渗碳淬火时不能完全满足心部 硬度要求。采用亚温淬火时齿轮心部出现块状铁素体。 （ 2 ） 心部铁素体的存在削弱齿轮心部的强度和韧性，降低 齿轮的疲劳强度。容易造成齿轮早期失效。 （ 3 ） 建议根据产品性能重新核定零件心部硬度要求，或根 据零件尺寸、硬度要求重新选择淬透性合适的材料。
图4 安全气囊系统警告灯显示故障状态
图5
百度文库
系统检测与故障排除
故障诊断基本流程： 当故障确 定 后， ECU 要 在 EEPROM 中 存 储 相 应 的 代 码、 首次的判断时间、最后的判断时间和发生的次数。 ECU 最多能存储 6 个故障，包括电压太低故障和两个碰撞 记录 （ 正侧和侧面） 。 DSTM） 接收到经过串行接口过 当 ECU 从诊断测试仪 （ Hi来的 “清除故障代码” 命令时，ECU 内的故障代码被清除。但 是，如果故障记录为一个内部故障代码或一次碰撞被记录，它 将不执行这个清除命令。 给 ECU 供电的电池失效： 警告灯通过自签灯驱动功能连 续地打开。 失去内部工作电压： 警告灯连续地打开。 看门狗触发失败引起的重新设置： 警告灯闪烁。 微处理器不工作： 警告灯连续地打开。 ECU 连接器不完全的插入： 警告灯通过短路棒 连续 地打 。 开
作者简介： 惠彬 （ 1958 —） ， 男， 汉， 吉林长 春 人， 工 程 师， mail： huixuehan @ 哈飞汽车 配 件 科 科 长。 电 话： 13845183990 ， E126. com。
收稿日期： 2010 － 06 － 07
（ 上接第 64 页）
心部材料的强韧性下降，疲劳强度降低。 在较高载荷作用下， 亚温淬火组织对渗碳层支撑力没有常温淬火的强，容易造成渗 碳层的破裂，降低齿轮的多冲疲劳寿命。
动力，造成两齿面在相对滑动和滚动中产生剧烈摩擦，并使齿 面承受交变接触应力，齿根承受交变弯曲应力，在齿轮启动、 换挡和啮合不均匀时承受冲击载荷。 所以为保证齿轮的正常工 作，齿轮应具备以下主要机械性能： 高的弯曲疲劳强度和接触 疲劳强度； 齿面具有高的硬度和耐磨性； 齿轮心部具有足够的 ［6 ］ 强度和韧性 。 齿轮经正常的渗碳淬火及低温回火处理后，表面为高碳回 火马氏体组织，硬而耐磨，心部为低碳马氏体组织，强韧而耐 疲劳。当采用亚温淬火时，心部出现大量的铁素体组织，致使
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引言
齿轮是机械产品的关键零部件，渗碳齿轮有承载能力高， 寿命长的最大优点，所以应用非常广泛。 一般情况下齿轮经渗 碳淬火及低温回火处理后使用。 有一模数为 2 ，齿数为 5 的齿轮新品，选用 SCM420H 材料 制造，采用的热处理工艺是： 890 ℃ 渗碳 － 830 ℃ 淬火 － 200 ℃ 回火。热处理后渗碳层深度、 表面硬度、 渗层组织均合格， 而心部硬度为 44 ～ 45 HRC，满足不了心部硬度的要求 （ 规格： 22. 5 ～ 41. 7 HRC） ，由于送样日程紧且客户对心部组织没有要 求，就对本批齿轮进行二次淬火，二次淬火温度 800 ℃ ，热处 理后心部硬度在 34 ～ 36 HRC 范围内，满足要求。 使用以上工 艺处理的齿轮进行耐久试验，运行 8 万个循环就断裂了。 笔者 就断裂齿轮心部产生大量铁素体的原因和该组织的存在对齿轮 性能的影响进行分析。
T262 － 1999 《汽车渗碳齿轮金相检验 》 评定： 马氏体、 碳化 物、残余奥氏体均为 1 级。心部组织 （ 图 2 ） 为板条状马氏体 + 条块状铁素体 。 《汽车渗碳齿轮金相检验 》 中没有心部组织 要求，参照 JB / T6141. 3 － 92 《重载齿轮渗碳金相检验 》 中的 级别图，心部组织级别评定为 5 级。
［3 ］
。可以把查得的硬度作为回火后达到的硬
度。说明正常淬火时该种材料齿轮心部硬度的波动范围为 34. 5 ～ 46 HRC，而该齿轮要求的硬度为 22. 5 ～ 41. 7 HRC，存在超 差的可能。本批齿轮就出现正常淬火心部硬度偏高的情况。 在二次淬火时本批齿轮使用的淬火温度是 800 ℃ ，参照与 SCM420H 对应的国内 牌 号 20CrMo 的 AC1 、 AC3 ，分 别 为 743 ℃ 和 818 ℃ ，800 ℃ 淬火温度在钢的 AC1 ～ AC3 双相区内，由 于在双相区淬火时，组织中的铁素体未完全溶入奥氏体，使组 织中出现铁素体。
图5 试件 1 心部金相组织 图6 试件 2 心部金相组织
2. 2
2. 2. 1
心部铁素体对性能的影响
心部铁素体对强度的影响
图7 试件 3 心部金相组织 图8 试件 4 心部金相组织
钢在双相区淬火时，组织中会有铁素体出现，随着淬火温 度接近 AC3 ，组织中铁素体量逐渐减少。 淬火温度不仅影响淬 火后组织中铁素体的量，而且影响到铁素体的形态和分布，铁 素体形态发生的变化必然反映到其相应的性能上。 有人研究了 同为低合金 渗碳钢的 20CrMnTi 不同温度淬火后的力学性 能， 该试验表明，随着材料在双相区内淬火温度的提高，组织中铁 素体量逐渐减少，钢的屈服强度和抗拉强度逐渐提高 组织中铁素体的出现降低了材料的强度。 2. 2. 3 2. 2. 2 心部铁素体对冲击韧性的影响 为了验证不同的心部组织对冲击韧性的影响，我们进行了 如下试验： 用同一根 SCM420H （ 直径 50 mm ） 棒料加工 4 个 15 mm × 55 mm 试件，将试样涂防渗涂料进行保护，平均分成 两组，随连续渗碳炉零件进行渗碳淬火，热处理条件是： （ 1 ） 第一组： 渗碳温度 890 ℃ ，淬火温度 760 ℃ ，回火温 度 200 ℃ ，淬火油温 60 ℃ ； （ 2 ） 第二组： 渗碳温度 890 ℃ ，淬火温度 830 ℃ ，回火温 度 200 ℃ ，淬火油温 60 ℃ 。 热处理后把 4 个试样加工为 10 mm × 10 mm × 55 mm 的 U 形 缺口试样，进行冲击性能试验，试验设备型号为 LB30A 冲击试 验机。冲击试验后对试样金相组织进行检查，结果如表 1 所示。 心部铁素体对疲劳强度的影响 渗碳零件表层是马氏体，对心部存在一个压应力，随着深 度增加，压应力转变为拉应力，压应力转变为拉应力的位置及 应力坡度对接触疲劳抗力有很大的影响。 当心部组织中存在铁 素体时，这个位置和应力坡度将大大改变，心部铁素体量多， 表层残余压应力减弱快，这是心部铁素体使接触疲劳抗力下降 ［5 ］ 的重要原因 。心部组织中铁素体的量越多，接触疲劳抗力下 降越多。在有铁素体存在的两相组织中，由于铁素体内部在交 变应力下产生空隙而导致裂纹容易萌生。 而裂纹萌生期往往占 疲劳寿命的较大部分，故疲劳强度受弱相铁素体影响较大。
［4 ］
从试验结果可以看出，随着马氏体含量的增加，零件的冲 击强度有明显的提高。而铁素体及贝氏体等非淬火组织的出现 都会降低零件的强度及冲击性能。 对于如 SCM420H 等低碳合 金渗碳钢来说，心部淬透时，金相组织基本上为板条状马氏 体，而在两相区淬火随着零件金相组织中铁素体的增多，导致 零件心部硬度降低，强度和冲击性能都明显下降。
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安全气囊系统警告灯持续点亮 6 s 后熄灭，表明 ECU 内已 有故障记录，这样的故障记录是可清除的，用诊断仪进行清除 后可恢复正常。 安全气囊系统警告灯一直持续点亮，表明安全气囊系统有 故障，或可清除的故障记录超过 5 次。此时需要检测 ECU 的故 障记录，查明系统故障所在并排除故障。 在进行排除故障的过 程中一定要切断安全气囊系统的电源，并至少停顿 60 s 后再进 行操作。 有明确的故障状态的微处理器不能行使职责，因而不能控 制警告灯工作。在这种情况下，警告灯将不顾微处理器通过适 当的电路直接点亮，如图 5 所示。