齒輪滲碳碳化物級別偏高的原因分析及解決措施

劉少軍，王培科

西安煤礦機械有限公司 陜西西安 710000

1 序言

齒輪使用要求為表面耐磨、齒心韌性好、耐沖擊，因此一般選擇低碳合金鋼進行滲碳淬火處理；經常會因設備故障或工藝設計不當，致使齒輪滲碳層碳化物級別偏高，大量角塊狀及網狀碳化物割裂了金屬的連續性，降低了齒輪的塑韌性[1]，在磨齒的過程中易產生磨削裂紋。另外，在使用過程中易使齒輪產生剝落、掉塊、斷裂。因此，如何消除碳化物，降低碳化物級別是亟需解決的關鍵問題。

2 齒輪滲碳層碳化物級別偏高原因分析

滲碳齒輪出現大塊狀和網狀碳化物，主要是由于表層碳含量過高引起的[2]。根據造成碳化物形成方式的不同，齒輪滲碳層碳化物級別偏高的形成原因主要有以下幾類。

（1）工藝原因 材料合金系數計算不準確，致使編制工藝時強滲期碳勢偏高。

（2）操作原因

1）可控氣氛滲碳時富化劑量過多。

2）滲碳后冷卻太慢，形成網狀二次碳化物[3]。

3）采用滲碳后直接淬火時，預冷時間過長，淬火溫度過低，在預冷時間里，使碳化物沿奧氏體晶界析出。

（3）設備原因

1）碳勢控制系統失控。

2）氧探頭損壞，指示值偏低，富化氣供給量多。

3）氧探頭參比空氣管路不暢，造成空氣不能順利達到探頭，造成探頭輸出值大幅度降低。

4）氧探頭空氣吹掃管路不暢，影響探頭除炭效果，探頭表面有炭黑沉積。

5）爐內炭黑過多，未能按時燒炭黑。

6）爐子漏氣，氧探頭毫伏值下降，富化氣增加。

3 降低碳化物級別的措施

在日常生產中，應經常維護滲碳設備，確保設備運行正常；編制正確滲碳工藝，嚴格按照工藝操作，減少操作失誤；當出現碳化物級別偏高的情況時，應及時改進工藝，降低碳化物級別，根據發現碳化物級別偏高的時間不同，采取不同的工藝方案措施，對于滲碳殘留奧氏體多的材料，可在降低碳化物后先進行兩次高溫回火，再進行淬火。根據具體情況，降低滲碳層碳化物級別的措施如下。

1）齒輪滲碳過程中，發現中間試樣碳化物級別偏高，滲碳層深度未達到要求。

采取措施：降低碳勢，使爐子中的碳勢為材料滲碳層的共析碳含量，如18C r2N i4WA鋼、20Cr2Ni4A鋼，可設定碳勢為0.65%，并延長滲碳時間，直至碳化物級別降低至合格范圍。

2）檢測齒輪隨爐試樣時，齒輪已出爐坑冷，滲碳層深度為技術要求的最小值。

采取措施：重新加熱至滲碳溫度930℃，降低滲碳碳勢，直至碳化物級別降至合格范圍。

3）檢測齒輪隨爐試樣時，滲碳層深度已接近或達到技術要求。

采取措施：通氮氣保護，爐溫升至980℃，根據碳化物級別的大小確定擴散正火的時間，直至碳化物降至合格范圍，關鍵是縮短時間，減少滲碳層深度。

4 試驗驗證及理化檢測結果

在實際齒輪滲碳生產過程中，針對齒輪材料18Cr2Ni4WA鋼滲碳層碳化物級別偏高問題，進行了相關的試驗驗證，檢測結果見表1。由表1可見，上述降低碳化物級別的措施是合適的。

表1 試驗驗證及理化檢測結果

圖1 1號試樣滲碳層組織

圖2 2號試樣滲碳層組織

圖3 3號試樣滲碳層組織

5 結束語

針對齒輪滲碳碳化物級別偏高的形成原因，通過制定有針對性的措施，可使碳化物級別降至合格范圍，滿足技術要求。