毛坯二次等溫正火對滲碳淬火金相組織和硬度的影響

閆立濤

摘要：采用汽車齒輪毛坯二次等溫正火，對滲碳淬火金相組織和硬度影響進行了分析，得出毛坯二次等溫正火狀態下的齒輪滲碳淬火后，無明顯帶狀組織存在，同一水平線心部硬度均勻，無明顯黑相存在，殘余奧氏體級別小，有效硬化層均勻。

1.前言

汽車齒輪毛坯的正火常常影響滲碳淬火金相組織和硬度，導致廢品率較高。我們通過對汽車齒輪毛坯的質量抽檢，發現毛坯廠家有時供給的鍛坯正火組織級別、晶粒度級別、帶狀級別和硬度超差不符合要求，這種毛坯加工的齒輪滲碳淬火后，金相組織不均勻。對毛坯進行二次等溫正火試驗，經二次等溫正火后毛坯金相組織級別符合技術要求，齒輪滲碳淬火后金相組織比較均勻，硬度散差較小。本文針對汽車后橋從動錐齒輪2402037H1H試驗進行了詳細的分析，確定了毛坯二次等溫正火對滲碳淬火金相組織和硬度的影響。

2402037H1H毛坯材料為22CrMoH。試驗工藝：二次等溫正火，高溫爐內940℃保溫2h，空冷（中速）至640℃左右，放入640℃低溫爐等溫2h后，出爐空冷。滲碳淬火，連續爐滲碳溫度930℃，滲碳16h，840℃淬火。

2.滲碳淬火金相組織

2.1帶狀組織

將二次等溫正火毛坯加工的齒輪經滲碳淬火處理，試樣腐蝕后顯微鏡下發現心部無帶狀存在。而鍛件毛坯加工的齒輪滲碳淬火后，發現心部有帶狀存在。

2.2黑相組織

二次等溫正火毛坯加工齒輪經滲碳淬火后，顯微鏡下對切齒HV550處組織放大400倍觀察，發現切齒組織無明顯黑相存在。通過觀察鍛件毛坯加工的齒輪經滲碳淬火處理，發現切齒HV550處組織有明顯黑相存在。

2.3馬氏體及殘余奧氏體級別

二次等溫正火毛坯加工的齒輪經滲碳淬火，切齒試樣腐蝕后顯微鏡下觀察，金相組織級別稍低。鍛件毛坯加工的齒輪直接滲碳淬火處理后，切齒試樣金相組織級別稍高。

2.4同一水平線上有效硬化層

二次等溫正火毛坯加工的齒輪經滲碳淬火處理后，對切齒試樣同一水平線上打有效硬化層，發現有效硬化層均勻，同一水平線均為1.8mm。鍛件毛坯加工的齒輪滲碳淬火處理后，切齒試樣有效硬化層不均勻，同一水平線層深為1.7mm或1.9mm。

4.討論分析

4.1通過毛坯二次等溫正火試驗表明，毛坯二次加熱到奧氏體化溫度過程中，奧氏體晶粒緩慢長大，當溫度達到940℃保溫2h后，組織完全奧氏體化，采用先快速冷卻到640℃，再用稍慢的速度等溫冷卻，在一定溫度范圍的等溫冷卻過程中，較易得到平衡狀態的鐵素體和珠光體組織，這種受稍慢等溫冷卻的影響，組織顆粒均勻較細，達到了細化晶粒的作用。同時在高溫完全奧氏體化過程中，一方面鐵素體和珠光體互溶，擴溶了部分帶狀組織，另一方面部分長大的奧氏體晶粒產生形核裂解，最后形成較均勻的奧氏體晶粒，在快速冷卻階段，消除了部分帶狀組織，使帶狀組織級別變小。

4.2由于高溫對貝氏體轉變影響較小，高溫下奧氏體快速冷卻時，容易形成粒狀貝氏體組織。二次等溫正火組織中珠光體硬度稍低，鐵素體硬度最低，我們認為用550-650℃等溫來緩慢地轉化組織，會得到均勻較細的珠光體和鐵素體，硬度可以達到160-190HB的范圍內，從而使硬度均勻化，硬度散差變小。

4.3通過對二次等溫正火的齒輪滲碳淬火金相分析，該狀態加工的齒輪在920～930℃溫度滲碳下，本質細晶粒鋼在此溫度下晶粒不會過分長大。通常在滲碳過程中，齒輪表面也會均勻地吸附活性[C]，并不斷向內擴散，當表面含碳量超過1.05%，就會析出飽和的碳，從而對淬火殘余奧氏體數量產生影響，形成較多殘余奧氏體，反之形成殘余奧氏體數量較少。在齒輪表面[C]以均勻的滲速向內擴散過程中，齒輪滲碳層往里組織的變化主要是基體組織的轉變。通過淬火后組織轉變成了M+A，由于二次等溫正火細化了晶粒的作用，再加上齒輪表面滲碳濃度不高，淬火得到的M+A組織的馬氏體針長較短，殘余奧氏體數量較少。

4.4由于滲碳溫度對預先熱處理的影響較小，二次等溫正火已經改善了毛坯帶狀級別，淬火后組織形成大量的針狀馬氏體和少量的殘余奧氏體，遮掩了微小帶狀組織的形態，顯微鏡下放大400倍不易觀察到帶狀存在。滲碳過程只是對表面碳濃度的改變，心部組織淬火后主要取決于原材料和二次正火后的組織狀態，心部硬度也常常一樣。黑相主要是屈氏體和貝氏體混合物，它常常是在正火過程中冷卻較快形成，通過二次等溫正火工藝，較易消除這種組織。如果不采用二次等溫正火改善，這種黑相組織經滲碳淬火后常常“遺傳”到滲碳淬火組織中。

5.結論

5.1毛坯二次等溫正火影響齒輪的滲碳淬火，能改善齒輪滲碳淬火帶狀組織。

5.2毛坯二次等溫正火能改善齒輪滲碳淬火同一水平線上的心部硬度。

5.3毛坯二次等溫正火對齒輪滲碳淬火能減小針狀馬氏體和殘余奧氏體級別、減少黑相組織以及減少有效硬化層散差。