滲碳淬火齒輪熱處理工藝與殘奧含量分析

蔡宏宇

蘇冶重工有限公司 江蘇蘇州市

一、引言

我國國家標準JB/T 6141.3中規(guī)定，對殘余奧氏體（以下簡稱殘奧）含量的判定采用與標準圖譜比對的方法；國際標準ISO 6336-5要求采用殘奧的百分比含量判定。ISO 6336中的規(guī)定是殘奧的百分比含量＜25%，美國MORGEN摩根公司的規(guī)定是平均值＜15%。不同熱處理工藝對殘奧含量有較大影響，確定熱處理工藝方案與殘奧含量的關(guān)系；選擇一種既符合生產(chǎn)節(jié)奏及成本要求，又滿足國際國內(nèi)標準要求的熱處理工藝是當前迫切需要解決的問題。

二、試樣材料

試樣材料為目前國內(nèi)齒輪行業(yè)應用較廣的20CrNi2MoA，其成分符合JB/T 6395-92《大型齒輪、齒圈鍛件》標準，試樣經(jīng)鍛造、正火、機械加工成Φ25mm×100mm試棒。

三、工藝方案

5件Φ25mm×100mm試棒，放在可控井式氣體滲碳爐中滲碳,要求硬化層深度3～3.5mm，碳勢采用氧探頭控制，滲碳溫度為920℃，滲碳碳勢為1.15%（C），擴散碳勢為0.85%（C），滲碳擴散結(jié)束后隨爐降溫至840℃保溫1h后采用不同工藝處理，見表1。

四、檢測方法

按上述方法處理的試樣，用線切割從試樣中部割取Φ25mm×20mm試片，制備金相試樣，用LEICA O600S圖像分析儀，在金相顯微鏡下進行觀察，放大倍率500倍，在任意4個相對經(jīng)點的滲層內(nèi)各測一個視場，測量奧氏體面積百分比（執(zhí)行標準GB/T 13298-1991）

五、檢測結(jié)果與分析

所測奧氏體面積百分比結(jié)果如表2所示。由上表可知，一次淬火的01試樣及直接淬火的02試樣，奧氏體面積分別為10.43%和9.71%，是5個熱處理工藝中殘奧含量最高的，但均符合GB/T 8539-2000《齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗一般規(guī)定》中殘奧＜25%的要求，也符合摩根《滲碳齒輪材料規(guī)范MC50013》中要求在400倍放大倍率下，在任意相對經(jīng)點的觀察范圍內(nèi)，奧氏體平均值不能超過15%，或在任意范圍內(nèi)最大值不超過20%的規(guī)定。

表1 工藝方案

表2 檢測結(jié)果

一次淬火加（-70℃）冷處理的03試樣，殘余奧氏體為1.8%，直接淬火加（-50℃）冷處理的04試樣，殘余奧氏體為4.52%，因為淬火后在回火時殘余奧氏體有陣化穩(wěn)定現(xiàn)象，同時其冷處理溫度較03試樣高，因而殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體數(shù)量較03試樣少。

高溫回火加一次淬火的05試樣，殘奧含量為0.87%，為5個工藝方案中最低的，說明高溫回火加一次淬火可有效降低滲層中的殘余奧氏體量，這是由于在高溫回火時，析出了部分合金滲碳體，隨后加熱時這些合金碳化物不能全部溶入奧氏體中，因而降低了奧氏體中的合金元素及碳的含量，在冷卻過程中，使Ms點上升，因而減少了殘余奧氏體量。

六、結(jié)論

綜上所述，通過本試驗可知，對20CrNi2MoA合金滲碳鋼，滲碳后直接淬火或一次淬火，殘余奧氏體均能滿足滲碳齒輪標準所規(guī)定的要求，無需冷處理及高溫回火，在規(guī)定范圍內(nèi)少量殘余奧氏體有利于阻礙裂紋的擴展和提高斷裂韌性，對提高耐磨性有利，但對含合金元素較多的如18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等不宜采用直接誶火，宜采用冷處理或高溫回火的方法，可有效減少滲層中的殘余奧氏體量。通過試驗可知，直淬和一次淬火既可達到國際標準對殘奧百分比的要求，也可以取得最佳綜合效益。