18CrNiMo7- 6 的組織分析與硬度檢測

吳辰晨

（常州技師學院，江蘇 常州213000）

一般齒輪表面硬度越高、其輪齒疲勞壽命越長、有效滲碳層深和心部硬度是影響齒輪輪齒疲勞折斷的重要因素：有效滲碳層深要保證滲層和心部過渡處有足夠的強度、防止滲層剝落、但有效滲碳層深度不能過大。尤其是齒根部位的層深過大、心部硬度過高會造成表面殘余壓應力降低及心部韌性下降從而影響疲勞性能。可見保證齒輪硬度對齒輪使用壽命尤為重要。

1 儀器設備的介紹與操作

本章主要介紹儀器設備與其操作規程，不僅讓人們對硬度檢測設備有更加詳細的認識，更體現出設備操作是的規范性。

1.1 金相試樣切割機。試樣裝夾時先利用支撐板來對鋸架進行職稱，確保其不會落下。把試樣件放置于鋸架鉗口前面，然后順時針的進行旋轉，通過螺桿夾緊試樣。右手抬起手柄，左手進行支撐板的操作，讓其離開支撐點。這個時候，右手應該將手柄握住，讓試樣逐步的接近砂輪片，然后切割。在切割的時候，必須將冷卻液對準試樣切割的地方，保證給進的勻速。在切割的時候，也應該根據要求調解冷卻液大小，避免出現溢出的情況。在切割后，需要抬起鋸架到一定高度。這個時候，可以將試樣取下。在切割的時候，不能用出現裂紋或者破損的砂輪片，也必須保證冷卻液的充足。切割機每天做好清潔保養工作，各個轉動處添加潤滑油。機體內積屑和垃圾應經常清除，使排水暢通。

1.2 手動式洛式硬度計。表盤內長指針的尖頭基本指向上方對準“C”位。在標尺選擇的時候，應該根據實踐材料軟硬程度，順時針的進行手輪的轉動，進行總實驗力的確定。裝上壓頭，將被測試件放在試臺上。轉動旋輪，將試件緩慢無沖擊的與壓頭接觸，直至表的長指針轉過三圈基本指向“C”處。轉動表盤，使長指針對準“C”位。手柄緩慢朝前推，保持時間為5 秒，然后將手柄平穩往前拉。此時，表內長指針指向的數據為被測試件的硬度值。試驗完畢后，取下試件，儀器用防塵罩蓋好。注意事項：應該確保被測試件表面的光滑和平整，確保試臺和試樣支撐面的清潔，從而確保密合良好。應該把被測試件穩定放在試臺上，在加力的時候不能進行試件的移動，確保能夠見試驗力垂直的施加到試件上。

2 滲碳淬火鋼的熱處理工藝及組織分析

2.1 技術要求。齒輪滲碳淬火技術要求。檢驗標準GB/T25744-2016《鋼件滲碳淬火金相檢驗》，馬氏體級別評判。

2.2 滲碳淬火工藝。熱處理材料為18CrNiMo7-6 鋼，將材料加工成4 件同規格試樣直徑40mm 長度為80mm，在井式爐滲碳淬火，滲碳工藝采用強滲，擴散兩段法。

3 組織結果分析

3.1 表面馬氏體針指標。18CrNiMo7-6 鋼滲碳淬火后表面0.05-0.15mm 區域為馬氏體。

3.2 其他性能指標。通過將18CrNiMo7-6 滲碳后較快冷至650℃保溫4h，無需高溫回火處理，奧氏體化溫度選擇825℃，硝鹽介質160℃，風冷終止溫度提高約至110℃可以控制滲碳齒輪表面馬氏體針長12.5um 以內。

從熱處理工藝角度進行分析研究，淬火之前，表面奧氏體晶粒大小與奧氏體溫度及時間、表面碳濃度、淬火加熱前原始組織有關，奧氏體溫度越高、時間越長，那么奧氏體晶粒也會越大。若是表面碳濃度增高到一定程度可以將剩余的碳化物融入到奧氏體中去，讓奧氏體晶粒不斷的長大，導師淬火之后馬氏體也比較粗大，殘留奧氏體數量也會有明顯的增加。

通過將18CrNiMo7-6 滲碳后較快冷至650℃保溫4h，無需高溫回火處理，奧氏體化溫度選擇825℃，硝鹽介質160℃，風冷終止溫度提高約至110℃可以控制滲碳齒輪表面馬氏體針長12.5um 以內。

硝鹽淬火后表面馬氏體級別取決于淬火前表面奧氏體晶粒大小以及淬火冷卻中初生、次生馬氏體形成情況。從熱處理工藝角度分析，淬火前表面奧氏體晶粒大小與奧氏體溫度及時間、表面碳濃度、淬火加熱前原始組織有關，奧氏體溫度越高、時間越長，那么奧氏體晶粒也會越大。若是表面碳濃度增高到一定程度可以將剩余的碳化物融入到奧氏體中去，讓奧氏體晶粒不斷的長大，導師淬火之后馬氏體也比較粗大，殘留奧氏體數量也會有明顯的增加。

4 滲碳淬火鋼熱處理后的硬度檢測

4.1 端淬硬度檢測過程。將試樣按上述工藝，920℃強滲期22h，920℃擴散期9h，較快冷卻至650℃保溫4h 后入坑緩冷至約400℃空冷，825℃淬火2.5h，160℃硝鹽冷卻，風冷至110℃水冷。180℃回火4h。然后送去線切割，待試樣送回實驗室后用手動式硬度機檢測試樣淬透性。

4.2 齒輪表面與心部硬度檢測過程。將滲碳淬火后的心部硬度試樣放置在金相試樣切割機上切割成兩半，將帶有試樣號的一端的部用磨樣機將試樣心部磨的平整光滑，磨樣的時候先用粗砂紙后用細砂紙，然后用拋光機將心部表面進行拋光。拋光后的試樣放在手動式硬度機上檢測其心部硬度測量三次對照表格在要求范圍內即為合格品。

表面硬度檢測：需攜帶角磨機和里氏硬度計到熱處理車間檢測熱處理工藝后的齒輪表面硬度，用角磨機將齒輪表面磨深約30絲，用硬度計測量其硬度值。

5 滲碳淬火鋼熱處理后的硬度檢測

5.1 端淬硬度檢測過程。將試樣按上述工藝，920℃強滲期22h，920℃擴散期9h，較快冷卻至650℃保溫4h 后入坑緩冷至約400℃空冷，825℃淬火2.5h，160℃硝鹽冷卻，風冷至110℃水冷。180℃回火4h。然后送去線切割，待試樣送回實驗室后用手動式硬度機檢測試樣淬透性。

試樣號 H001 爐號 材料 18CrNiMo7-6 距末端距離（cm） 1 3 5 7 9 11 13 15 硬度值(HRC) 43-48 43-48 42-48 41-48 40-47 40-47 39-46 38-46 距末端距離（cm） 20 25 30 35 40 硬度值(HRC) 36-44 35-43 34-42 33-41 33-41

符合上述表格數值即為合格品。

5.2 齒輪表面與心部硬度檢測過程。將滲碳淬火后的心部硬度試樣放置在金相試樣切割機上切割成兩半，將帶有試樣號的一端的部用磨樣機將試樣心部磨的平整光滑，磨樣的時候先用粗砂紙后用細砂紙，然后用拋光機將心部表面進行拋光。拋光后的試樣放在手動式硬度機上檢測其心部硬度測量三次對照表格在要求范圍內即為合格品。

表面硬度檢測：需攜帶角磨機和里氏硬度計到熱處理車間檢測熱處理工藝后的齒輪表面硬度，用角磨機將齒輪表面磨深約30絲，用硬度計測量其硬度值。

零件編號 表面硬度 心部硬度 要求:58-62HRC 要求:35-40HRC H001

檢測完成后如果材料硬度不合格，可以從以下5 個方面分析。

人：人為操作方面可能出現誤差，可以送回線切割處重新切割后再次檢測。機：設備的問題檢查硬度的儀器設備硬度值是否正確。料：材料是否是檢測所需要的材料。法：就是熱處理工藝，工藝是否按照工藝路線。環：就是環境。

6 結論

18CrNiMo7-6 滲碳后較快冷至650℃保溫4h，在160℃硝鹽浴中冷卻，再風冷約至110℃水冷，其表面馬氏體針長可以控制在12.5um 以內。

一般齒輪表面硬度越高、其輪齒疲勞壽命越長、有效滲碳層深和心部硬度是影響齒輪輪齒疲勞折斷的重要因素。經過合理的滲碳淬火熱處理工藝后獲得良好的綜合力學性能，又可以提高齒輪的高強度耐磨性、表面硬度與心部硬度，從而可見保證齒輪硬度對齒輪使用壽命尤為重要。

材料滲碳淬火在熱處理中的應用是很廣泛的，像很多高精密的零件粗加工前或精加工后都是通過熱處理來提高材料的本身硬度，本文只是取于自己工學交替中親身實習經歷和感悟所寫，只是宏大金屬熱處理的冰山一隅，書寫本文就是為了說明熱處理滲碳淬火的應用。