齒輪滲碳層深度超標返修工藝探討

劉少軍，王培科

西安煤礦機械有限公司 陜西西安 710000

1 序言

采掘機械使用的工況環境惡劣，齒輪作為關鍵的零件之一，其力學性能直接決定著采掘機械的使用壽命，隨著采掘機械向著高可靠性發展，對采掘齒輪的性能要求越來越高，一般選用低碳合金鋼，采用滲碳淬火工藝，使齒輪表面耐磨，心部韌性 好[1]。但有時會存在滲碳層深度超標問題，對滲碳層過深一般無法返修，通常作報廢處理。為了挽救損失，降低生產成本，筆者對滲碳層深度超標齒輪的返修進行有益的探索。

2 試驗材料和方法

因滲碳設備出現故障，一批26件美標材質8210的齒輪在滲碳處理后，檢測隨爐試樣時發現滲碳層深度為2.6mm，而工藝要求為1.8～2.2mm，隨機選取一件齒輪，經解剖檢測，齒輪滲層深度達2.6mm，碳化物級別為5級（工藝要求1～3級）。由此可見，齒輪滲碳層深度及碳化物級別已嚴重超出工藝要求，按常規熱處理工藝已無法返修[2]。為減少損失，筆者選取兩個齒輪進行退碳、復滲碳淬火處理試驗，返修工藝詳見表1，退碳及滲碳工序均裝隨爐試樣。

表1 齒輪滲碳層超標返修工藝

3 試驗結果分析

3.1 退碳試驗結果

對退碳隨爐試樣進行剝層試驗及理化檢測，碳含量檢測采用紅外碳硫分析儀LECO CS744檢測[3]，表面碳濃度分布如圖1所示。由圖1可見，表面碳含量最低，隨距表面深度的增加，碳含量先升高、后降低。其中，距表0.1mm處wC為0.09%；距表面2.5mm處wC為0.16%；距表面3.7mm處，wC達到峰值為0.27%，心部wC為0.16%，由此可見，距表面垂直距離2.5mm的碳含量與心部組織一致。

圖1 退碳后隨爐試樣表面濃度梯度

將已經退碳的試樣進行860℃保溫45min油淬后，對試樣進行磨拋后，采用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，采用金相顯微鏡OLYMPUS GX71觀察，從組織分析，滲碳層碳化物已消除，表層組織為細小鐵素體加少量貝氏體，深度為2.5mm，其余表層組織為過渡層，距表面1.8mm處組織為中碳馬氏體，心部組織為低碳馬氏體，如圖2～圖5所示。采用顯微硬度計檢測，結果如圖6所示。由圖6可知，表面硬度隨距表面深度的增加先升高后降低，距表面4.0mm處的硬度為476HV（47.5HRC），心部硬度為446HV（43.0HRC）。綜上檢測結果，齒形試樣退碳效果已達到試驗目的。

圖2 退碳隨爐試樣淬火表面組織

圖3 退碳隨爐試樣淬火距 表面0.9mm處組織

圖4 退碳隨爐試樣淬火距表面4.0mm處組織

圖5 退碳隨爐試樣淬火心部組織

圖6 退碳隨爐試樣淬火硬度梯度檢測結果

3.2 復滲碳試驗結果

對退碳后的隨爐試樣按照表1中工序2經復滲碳淬火后，金相組織如圖7、圖8所示。滲碳層深度為1.9mm，碳化物級別為粒狀2級，滲碳層組織為細小粒狀碳化物加隱針馬氏體及少量殘留奧氏體，馬氏體及殘留奧氏體評為2級，心部組織為低碳板條馬氏體。經顯微硬度計檢測，該退碳、復滲碳淬火試樣有效硬化層深度為1.9mm，滲碳層硬度梯度平緩（見圖9），試樣表面硬度實測為58.5～59.5HRC。由此可見，經退碳、復滲碳淬火后，試樣有效硬化層深度、碳化物級別、馬氏體及殘留奧氏體級別均符合技術要求。

對兩個退碳、復滲碳淬火齒輪的尺寸檢測，其外形尺寸符合工藝要求。

圖9 退碳試樣重新滲碳淬火試樣硬度梯度檢測結果

4 結束語

經過對其余24件齒輪按照以上的返修工藝進行處理，均滿足了技術要求，可見采用退碳、復滲碳淬火工藝是解決滲碳層深度超標問題的一種有效方法。