小模数渗碳淬火齿轮硬化层问题

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小模数渗碳淬火齿轮硬化层问题浙江双环传动机械股份有限公司 (玉环 317600) 阳 义 吴思良湖南科技大学 (湘潭 411201) 钟 寅由于齿轮渗碳时曲率半径、温度嘲气氛状态方面的差异，造成沿齿廓渗碳硬化层不均匀。齿轮的渗碳不均匀不仅表现为自表向内的不均匀，同时表现为 自顶到根”的不均匀，成为淬火冷却畸变的诱因之-，同时给渗碳淬火的精确计算和模拟带来极大困难。

1.理想的硬化层分布为了满足齿轮服役下的性能要求，齿轮的热处理要达到合理的硬化层分布，以及所希望的微观组织结构，渗碳层分布和淬火冷却方式是最关键的因素。以赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础得出，随着齿轮模数的增大，最大赫兹应力的峰值往层深方向移动，同时，硬化层曲线的斜率减校齿轮合理的硬化层要求表面硬度高、心部硬度适中，以满足接触循环应力和弯曲循环应力下的强度要求∮触疲劳失效为剪切应力超过其强度极7.改进措施与效果(1)由于25Cr2MoVA材质的螺栓及热处理工艺不能满足使用要求，所以重新选择了新的螺栓材料及热处理工艺，提高了螺栓的综合性能，满足了使用要求。改进后的材料为42Cr9Si2，热处理工艺为1020C油淬，70o～800C回火后油冷。

(2)机械加工成形后的螺栓表面应无脱碳层，热处理需在脱氧良好的盐浴炉中进行，并及时对淬火工装进行除锈处理，确保盐浴成分中的氧化物含量符合技术要求，防止螺栓出现脱碳现象。

采取上述措施后，此型号发动机排气管联接螺栓的性能满足了使用要求，未再出现断裂现象。

MIW (20121115)56 20w w .m e第tol!w期orkl热nK缝Ig sO蟹.co压m傍莓 管磊 热加工 ，V- -限；弯曲疲劳失效是弯曲应力超过其强度极限。当齿轮的硬化层决定的强度曲线所有值始终大于承受应力极限曲线 (包括接触应力和弯曲应力)时为理想的合格硬化层，如果两条曲线有交点时，便可能出裂纹，为不合理的硬化层分布。

渗碳层分布影响组织结构，从而影响渗层区材料的淬透性、淬硬性，影响淬火的硬化层分布。因此，合理的硬化层分布要求合理的渗碳层分布。

2.渗碳扩散中的渗碳层分布问题对于小模数齿轮从齿顶到齿根形状和尺寸，使得碳原子的扩散不单是-维平面扩散问题，不同的热处理设备气氛的流动性能也不同，受诸多因素影响，齿顶到齿根出现明显的渗碳层浓度分布不均匀，如图1所示。

3.实例分析(1)实例现象与结果 本文以材料为20MnCr5的小模数齿轮为例，采用连续渗碳炉经880C滴注式渗- 圆碳淬火回火热处理≮圆硬化层检测和齿根硬化层检测结果如图2所示 ，节圆处表面层金相组织如图3所示♂果表明，节圆处硬化层和齿根处硬化层存在明显差异≮圆处表面层硬度低于次表面层硬度，出现 硬度低头”现象；齿根处硬度呈递减趋势。对节圆处金相检测结果表明残留奥氏体高于齿根处 。

(2)原因及机理分析 节圆0.1mm处碳浓度高于齿根0.11TIm处碳浓度。齿轮的硬化层深 过浅”，对接触和弯曲承载能力都不利。但硬化层气门挺杆热处理缺陷分析与对策济南沃德汽车零部件有限公司 (山东 250030) 王忠诚 王 东 孙志刚-、 概述随着柴油发动机的更新换代，大功率的动力驱动挺杆需求量增加，钢制挺杆应运而生，它是发动机上的关键部件 ，在工作过程中与凸轮反复进行高应力的面接触，彼此之间的摩擦力较大，挺杆与凸轮相接触的端面为内球面，与凸轮相对滑动为点接触，故要承受较大的接触应力作用。因此，挺杆应具有力学性能为：①具有-定的强度和韧性。②表面有高的硬度和良好的耐磨性。③具有高的抗擦伤能 力。

HCr12W属于高耐磨铬钢 ，高碳和高铬莱氏体钢 ，具有较高的淬透性、淬硬性、强韧性、耐磨性，以及淬火体积变形小等特点，为满足钢制气门挺杆的服役要求，故选用Crl2W、Cr12等材料制作钢制挺杆。

某类钢制挺杆毛坯外圆为 38.45 8。 mm，氮碳共渗前外圆 38.15- 。 mm，成品外圆 38 -0. 025mm。

其热处理后的基体硬度/>43HRC，内孔椭圆变形量在0.05mm以内。在液体氮碳介质中进行表面处理后，渗层深度≥0.033mm，表面硬度≥850HV0.2，>Z 硬化层深度/ram图2 节圆齿根硬化层也不是越深越好，最佳或适当的硬化层深度，可使齿面和齿根都具有较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。另外，不同的热处理方法，其 最佳值”也是不-样的。

碳原子 溶入金 属原 图3 节圆处表面层金相组织子间隙会阻碍位错的运动，提高强度、硬度。而节圆碳浓度高反而呈现 硬度低头”现象，是由于碳原子溶入奥氏体增加了其稳定性，在淬火冷却过程中，过冷奥氏体中碳原子来不及扩散形成马氏体，以残留奥氏体形式保留下来。残留奥氏体增加，表现出最表层硬度下降。

对合格的原材料，同-齿轮沿不同部位渗碳扩散出现的不均匀现象主要受钢件表面碳浓度分布和温度场的影响。表面碳浓度对渗碳扩散的影响：气氛的流动性差异和齿轮不同部位的尺寸差异，使得齿轮位于表面处的气氛碳浓度存在差异，出现渗碳层分布的差异。温度也会影响碳原子在钢件中的扩散能力，温度越高扩散能力越强，渗碳层越深。为了进-步寻找合理的渗碳扩散温度，采用了不同温度下的扩散渗碳试验，发现温度越高，表层碳浓度越高，残留奥氏体就越多≮圆和齿根硬化层均匀性随温度升高存在-最佳硬化层分布的最佳渗碳扩散温度，这表明残留奥氏体的控制不仅受气氛中碳势的影响，也受温度的影响。MW(20121 105)磊 rj 热加工 热 嚣 ； 57