高強度齒輪滲碳淬火和回火熱處理工藝

  高強度齒輪在使用過程中因承重高，所受沖擊力較大，對安全性要求比較高，要求具備較好的耐磨性，較高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，同時具有較高的抗沖擊和抗過載能力，在熱處理工藝上需要處理好滲碳淬火和回火操作。高強度齒輪常用20CrMnMo等低碳合金結構鋼制造，需要通過滲碳淬火熱處理來滿足其使用性能要求。   齒輪最簡單的滲碳熱處理工藝是在滲碳后降溫至淬火溫度，經保溫后直接淬火。采用此方法容易使材料晶粒粗大，脆性較大，工件組織應力大，只能承載強度較小的小模數齒輪。目前生產中20CrMoMn鋼零件最常用的工藝是在滲碳后先爐冷到550℃出爐空冷，隨后重新入爐加熱淬火。由于滲碳后需爐冷到一定溫度才能出爐，出爐溫度越低對工件表面減少氧化脫碳越有利，而爐溫越低，工件降溫速度也就越慢；另一方面，由于工件進爐淬火加熱時需經過一段建立爐氣碳勢的時間，才能確保淬火后工件的表面質量。因此目前這種熱處理工藝耗費時間較長。   針對現行齒輪熱處理工藝耗能高，生產周期長等問題，上海熱處理廠通過技術創新，研發出新的滲碳淬火熱處理工藝。該工藝將滲碳、等溫及淬火結合在一起，不僅簡化了工序，縮短了工藝時間，減低了生產能耗，而且能有效控制重載齒輪滲碳熱處理的各項技術指標。
  高強度齒輪滲碳淬火和回火熱處理工藝的技術要點如下：
  （1）滲碳階段。優化滲碳中強滲、擴散各階段的碳勢、時間等工藝參數，以較快的滲碳速度達到表面碳濃度、滲碳深度、滲層碳濃度梯度等質量指標。滲碳溫度為900℃。
  （2）滲碳爐冷階段。隨著爐溫的緩慢降低，滲碳表層逐步析出少量細網滲碳體，冷至低于620℃時，作等溫停留，此階段發生奧氏體向珠光體轉變，滲碳表面碳化物將發生部分球化作用，為后續淬火做好組織準備。等溫階段碳化物的球化效果主要取決于表層碳含量，如果表面碳濃度偏高，將會形成粗網或大塊狀碳化物，則球化效果差，因此必須把表面碳濃度控制在0.85~1.00，這是此滲碳復合熱處理技術的控制要點之一。   （3）淬火加熱階段。此階段的技術關鍵是將淬火加熱過程分成兩段:一階段加熱溫度840~860℃較高，有利于工件心部鐵素體的轉變。此時，珠光體轉變成奧氏體，滲層部分碳化物溶入奧氏體，保證了淬火后馬氏體的高硬度和強度，同時保留了適量的未溶碳化物。二階段較低的加熱溫度810~830℃是為了減少淬火應力，同時有利于表面獲得高硬度。
  （4）回火階段。通過200~240℃的低溫回火，使淬火馬氏體轉變為回火馬氏體，同時使表面殘留奧氏體分解為馬氏體。為了使殘留奧氏體轉變充分，并有利于消除熱處理應力，采用兩次回火。
   經過多年的實踐證明，上述滲碳復合熱處理新工藝節能減耗效果明顯，可將原滲碳熱處理的工藝周期縮短約20，降低能耗至少10，還減少了滲碳劑的消耗，有效降低熱處理生產成本；而且工藝重復性較好，質量穩定性較高。