高表面硬度深層氰化技術研究

郭 徽，孟 偉，劉龍凱

(1.陸軍航空兵軍事代表局，北京 100012；2.陸軍航空兵軍事代表局駐株洲地區軍事代表室，湖南 株洲 412002；3.長沙中傳機械有限公司，湖南 長沙 410200)

高表面硬度深層氰化技術研究

郭 徽1，孟 偉2，劉龍凱3

(1.陸軍航空兵軍事代表局，北京 100012；2.陸軍航空兵軍事代表局駐株洲地區軍事代表室，湖南 株洲 412002；3.長沙中傳機械有限公司，湖南 長沙 410200)

以12Cr2Ni4A材料為例，在可控氣氛滲碳爐進行了層深為0.85mm～1.20mm、表面硬度≥60HRC要求的氰化工藝試驗，通過試驗摸索確定了該設備氰化工藝參數；以某重點型號傳動系統齒輪××-××-4178為例，進行了氰化驗證。

深層氰化；高表面硬度；工藝試驗；生產驗證

0 引言

某重點型號傳動系統齒輪要求氰化深度為0.6mm以上，最深滲層深度要求為1.20mm，氰化后表面硬度要求為≥HRC60。熱處理手冊和規范推薦氰化層深為≤0.40mm,表面硬度為≥88HR15N(相當于HRC54)，0.6mm以上滲層深度的零件都是采用滲碳處理。為保證齒輪尺寸精度，氰化后齒面必須進行磨削加工，氰化時需考慮磨齒余量，深度要求為0.85mm以上。深滲層氰化淬火，容易在表層形成非馬氏體組織或出現表面硬度偏低現象[1]，高表面硬度深層氰化工藝參數在相關規范、手冊上無據可查，工藝實現難度大。本文以12Cr2Ni4A材料為例進行高表面硬度深層氰化技術研究。

1 預期目標

1)12Cr2Ni4A材料氰化深度0.85mm～1.20mm，表面硬度≥60HRC，確定其在可控氣氛滲碳爐進行氰化淬火的工藝參數；

2)零件氰化生產驗證，氰化質量滿足設計要求。

2 氰化技術研究過程

2.1 氰化工藝應達到的指標

12Cr2Ni4A材料，氰化深度0.85mm～1.20mm，表面硬度≥60HRC，心部硬度HRC34～43，金相組織滿足HB5492要求。

2.2 氰化工藝參數分析及選取

由于滲層深度較深(常用氰化深度為0.2mm～0.4mm)，以往常用的氰化溫度800℃～840℃[2]，會造成氰化時間過長，降低生產效率。考慮到氰化處理是以滲碳為主、滲氮為輔的原理[3]，兼顧可操作性，工藝試驗氰化溫度擬采用860～890℃；為保證金相組織合格，氰化后進行高溫回火處理，高溫回火溫度采用650±30℃。

為驗證氰化溫度、時間、碳勢及氨氣流量對氰化質量的影響，采用不同參數進行4次工藝試驗，每次試驗帶齒形金相試樣1件，為模擬零件裝爐狀態，試驗時帶適量廢品同爐。一般氰化制件表面碳含量為(0.80～0.95)%[4],為摸清此深度、硬度下所對應的表面碳含量值，第3、4次試驗時帶入了一根碳濃度試棒，氰化后剝層化驗碳含量。

工藝試驗參數：氰化溫度、時間、碳勢及氨氣流量見表1；高溫回火，箱式電阻爐，650℃，4h ；淬火，鹽浴爐，790℃，20min，油冷； 冷處理，-70℃，2h；回火， 井式爐，160℃，2h，空冷。

2.3 工藝試驗結果

氰化工藝試驗結果見表1、表2。

表1 氰化試驗參數及理化測試結果

表2 表面碳含量測試結果

2.4 工藝試驗結果分析

從第1次試驗結果看，氰化溫度低，碳勢偏高，碳原子來不及擴散,在表面堆積，以致表面組織碳化物呈網狀分布；第2次試驗，提高氰化溫度、降低碳勢、加大氨氣流量，有利于碳原子擴散，理化測試結果合格，但氰化時間偏長，生產效率低；第3次工藝試驗，再次提高氰化溫度、提高碳勢以加快滲速，結果顯示碳勢偏高、時間過長,以致深度超深，碳化物呈半連續網狀分布；第4次試驗，修改氰化工藝參數(降低碳勢、提高氨氣流量以提高碳原子擴散速度)，氰化淬火后質量滿足了工藝要求。

3 零件生產驗證

取××-××-4178零件進行氰化生產驗證，零件氰化金相試樣理化測試結果見表3，零件成品理化測試結果見表4。理化測試結果表明零件氰化淬火后層深及硬度、金相能滿足工藝要求， 成品氰化質量滿足設計要求。

表3 ××-××-4178氰化理化測試結果

表4 ××-××-4178成品剖切測試結果

4 結論

1) 可控氣氛滲碳爐采用第4次工藝試驗參數能滿足0.85～1.20mm層深、表面硬度≥60HRC、金相按HB5492檢驗的氰化要求，且生產效率高。

2) 通過型號產品生產驗證深層氰化工藝參數合理可行。

[1] 胡光立，謝希文.鋼的熱處理(原理和工藝)[M].西安：西北工業大學出版社，1996,.

[2] 孫大涌，王廣生，雷延權,等.熱處理手冊[M].北京:機械工業出版社，2004.

[3] 金榮植.齒輪熱處理常規缺陷分析與對策[M].北京:化學工業出版社，2014.

[4] 王廣生，王峙南，劉忠秋,等.航空制造工程手冊(熱處理)[M].北京:航空工業出版社.

Research on Deep Depth Cyaniding Technique of High Hardness Surface

GUO Hui1,MENG Wei2, LIU Longkai3

(1.Military Representative Bureau of Army Aviation, Beijing 100012, China;2.Military Representative Bureau of Army Aviation in Zhuzhou, Zhuzhou 412002, China;3.Changsha Zhongchuan Transmission Machinery Co.Ltd, Changsha 410200, China )

In this paper, a cyaniding process test was performed on 12Cr2Ni4A in an atmosphere controlled furnace with case depth 0.85mm to 1.20mm and hardness ≥60HRC to determine the process parameter of this furnace through the test. Took the gears ××-××-4178 of the drive system of a key project as an example, verification of cyaniding process has been conducted.

deep depth cyaniding; high hardness surface; process test; production verification

2016-09-19

郭 徽(1966-)，男，湖北洪湖人，大學本科，高級工程師，主要從事航空機械制造、質量監督方面的研究。

1673-1220(2016)04-043-03

V261.93

A