齒輪滲碳中白斑缺陷的診斷與對策

黃亦雄

摘要：近年來我國工業化進程不斷加快，科學技術在自動化生產上得到了大量應用，在工業制造效率不斷提高的同時有效提升了企業的經濟效益。齒輪在機械運轉中起著非常重要的作用，發動機產生的動力是經過不同級數齒輪的依次傳遞最終在制造中產生相應動作，從而達到自動化生產的目的。齒輪精度的高低會對機械工作效率及其使用壽命產生很大的影響，齒輪精度是由滲碳缺陷的高低決定的，滲碳操作中出現的白斑缺陷會大大降低其精度。下面就白斑缺陷展開討論，主要介紹滲碳工藝、缺陷產生過程及相關對策。

關鍵詞：齒輪；滲碳操作；白斑缺陷

齒輪制造過程中，滲碳工藝是最關鍵的環節，滲碳過程直接決定著齒輪的精度和強度。滲碳是指將已經成型的齒輪放在活性炭中，經過一系列的操作使其表面附著大量的活性炭，附著的活性炭越多齒輪的強度就越強，使用壽命也越長?；钚蕴扛鶕X輪各部位的質量附著能力也不盡相同，活性炭附著較少的部位就會出現白斑，就是人們常說的白斑缺陷。它的存在將會使齒輪的壽命大打折扣，因此要盡可能消除白斑缺陷從而提高齒輪質量。

一、滲碳過程大致介紹

在滲碳過程開始前需要對齒輪稍作處理，將齒輪進行初步打磨以便滲碳過程的順利進行。然后開始對齒輪進行滲碳操作，此操作完成之后對齒輪進行熱處理，例如淬火處理、回火處理等。之后將齒輪內外表面進行仔細打磨，最后一步檢驗其抗腐蝕性能，若性能過關齒輪就能正常使用。

在這一過程中，需要注意以下幾方面的內容：齒輪的滲碳處理。在滲碳工藝開始前，齒輪必須保持清潔，通常工作人員會用汽油對其進行清洗。在滲碳過程中還需要對其進行二次清洗，這時需要注意清洗工作不會對活性炭介質造成污染，同時還要保證齒輪各部位活性炭附著均勻；齒輪熱處理時需要注意的地方。要根據國家標準選擇合適的熱處理工藝，防止溫度過高對齒輪造成傷害，還要選擇最恰當的夾具，保證齒輪不會變形；齒輪磨削處理時需要注意的地方[1]。滲碳后的磨削是二次磨削，此過程較為細致，通常需要機床控制砂輪進行該項操作。在使用機床時要確認各項數據輸入正確，否則會改變齒輪的大小。

二、白斑缺陷相關試驗及成因概述

（一）各類試驗相關介紹

齒輪產生的白斑缺陷通過肉眼是很難分辨出來的，需要進行相關試驗才能準確判定齒輪是否存在白斑缺陷以及缺陷程度。下面主要介紹三種檢驗白斑缺陷的試驗：利用滲碳劑進行白斑檢驗。白斑缺陷可與多種類型的滲碳劑產生化學反應，在試驗時人們常用煤油和甲醇、丙烷和氮氣這兩類組合來檢驗齒輪的滲碳缺陷，這兩組試驗結果大致相同，在工廠實際生產中需要針對實際情況選擇合適的組合進行檢驗；利用淬火處理進行白斑檢驗?？諝庋舆t、鹽浴爐都能對白斑缺陷進行鑒定，若齒輪存在白斑缺陷，淬火處理后就會在其表面產生白色斑點，與滲碳劑相似需要根據工廠生產的實際情況來選擇最佳的淬火方式[2]；利用清洗劑進行白斑檢驗。清洗劑對白斑缺陷有一定的緩解作用，通過試驗可知在用汽油對齒輪進行清洗會出現少量白斑，用超聲波技術清洗齒輪會徹底清除白斑，但后者的經濟成本較高，一般工廠不會使用該種清洗方式。

（二）缺陷診斷相關分析與介紹

白斑是對齒輪缺陷的籠統說法，白斑缺陷有更加精細的分類。根據白色斑點在齒輪上分布的多少及相關特征，可分為單一白斑和連續白斑。前者主要分布在齒上，齒頂、齒根隨機分布，形狀接近于圓形，沒有清晰的界限之分。后者主要分布在齒面上，呈帶狀分布，顏色為灰白色，具有清晰的界限。

不同類別的斑點需要相應的冶金技術對其形成原因進行具體分析，但不同技術的檢測原理大致相同，就是通過檢測齒輪的硬度達到檢測白斑缺陷的目的。主要分析方法有以下兩種：金相分析和顯微硬度分析。兩者都需對齒輪進行解剖，前者是在顯微鏡下觀察金相片層的組成成分，白斑缺陷的部位其組成成分與正常部位是不同的。后者是通過特殊儀器對齒輪片層進行硬度測試，有白斑缺陷部位的硬度比心部高、比滲碳層低，且與過度層硬度大致相同。

（三）白斑出現的原因概述

單一白斑與連續白斑產生的原因各部相同，下面對兩者缺陷分開闡述。前者產生白斑的主要原因表現為以下兩方面：滲碳工藝開始前，對齒輪的清洗工作不到位造成對滲碳介質的污染；在滲碳介質中一次放入的齒輪數量太多，導致活性炭不能均勻地附著在齒輪的各個部位。后者產生白斑有以下幾方面的原因：滲碳后進行磨削操作時，齒輪位置擺放不當導致對其輪廓的磨削不夠對稱，從而造成滲碳層缺陷；工作人員對砂輪沒有進行定期停機冷卻，造成高溫對滲碳層的氧化。

三、解決缺陷的有效措施

（一）加強滲碳前對齒輪的清洗

通常制作齒輪的材料是金屬材料，為防止長時間擱置導致生銹，因此齒輪表面會涂上機油、防銹油對其進行保護，這給滲碳前的清洗工作帶來很大阻礙。在清洗齒輪使，我們不僅要考慮對齒面的清潔，齒根也是清洗工作的關鍵。傳統的清洗方式不能很好地清洗齒根部位，可引進新的清洗技術和方式來改善，例如噴淋、漂洗等。在經濟條件允許的情況下，相關工作人員可利用超聲波技術對齒輪進行清洗，這也是目前最先進的清洗方式，能最大程度保證齒輪的干凈。

（二）對滲碳工藝進行提升

傳統滲碳工藝不僅需要控制投入到活性炭中的齒輪數量，還要時刻關注溫度等外界因素對滲碳過程的干擾，費時費力且容易出現較多的廢品，增加成本的投入。隨著科技的進步，真空滲碳方式被人們研究出來，該方式是利用特殊的儀器將活性炭分離成很多等份，將投入其中的齒輪分別放到分離好的活性炭介質中。這樣能夠從根本上解決齒輪滲碳不均勻的問題，還排除外界因素對滲碳過程造成干擾。真空滲碳技術的使用，使得工廠不再需要大量的工人，有效提高工作效率的同時大大提升企業的經濟效益。

（三）對熱處理工藝進行提升

現階段工廠生產的熱處理方式主要是高溫回火，若對此過程控制不好會導致齒輪表面的滲碳層氧化脫落，從而出現白斑缺陷。真空油淬的出現很好地解決了這一問題，該淬火過程全程是計算機控制相關數據，能將淬火溫度控制在最佳范圍內。在對齒輪雜質進行剔除的同時不會對其表面的滲碳層產生危害。

四、結束語

綜上所述我們可以看出齒輪滲碳工藝的重要性。白斑缺陷的存在會大大降低齒輪的強度及使用周期，對工廠生產是非常不利的。在現代的工廠流水線生產中，齒輪幾乎在不停歇地轉動，若齒輪質量太差就會增加維修人員更換齒輪的頻率，增加了企業的經濟成本同時嚴重影響工廠正常的生產運作。

參考文獻：

[1]盧威，陳娜.滲碳齒輪表面磨削裂紋分析[J].熱處理技術與裝備，2014，（3）：15-17.

[2]劉海斌，柳巖.齒輪滲碳淬火熱處理變形的分析與改進[J].科技視界，2016，（9）：132-132，153.

（作者單位：云南鼎信司法鑒定所）