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1齒輪表層過度滲碳

滲碳齒輪由于處理不當(dāng)過度滲碳后，表層將會(huì)出現(xiàn)塊狀、網(wǎng)狀碳化物，使用時(shí)齒輪塑性變形能力降低，耐沖擊性減弱，齒根部彎曲疲勞性能下降，齒尖角變脆，易于崩裂，淬火后滲碳齒輪在磨削加工時(shí)易于開裂。

1.1原因分析

(1)齒輪在固體介質(zhì)中滲碳時(shí)，滲碳箱內(nèi)碳勢過高，又不能任意調(diào)整碳勢，因此滲碳溫度越高，時(shí)間越長，表層過共析程度就越大。特別對含有強(qiáng)碳化合物形成元素Cr、Mo的滲碳鋼，碳的擴(kuò)散較慢，齒輪滲碳層表面碳濃度更高，達(dá)到過共析成分的滲碳層，在冷卻時(shí)，從奧氏體晶界析出滲碳體形成網(wǎng)狀分布。

(2)在氣體介質(zhì)中滲碳時(shí)，若滲碳爐內(nèi)碳勢過高，強(qiáng)滲時(shí)間過長，也會(huì)出現(xiàn)齒輪表層滲碳過度。

1.2預(yù)防措施

(1)固體滲碳時(shí)，為了防止碳勢過高造成過度滲碳，可以采用較低的滲碳溫度或使用較弱的滲碳劑。

(2)氣體滲碳時(shí)，為了防止表層過度滲碳，在滲碳后期安排擴(kuò)散階段，強(qiáng)滲和擴(kuò)散階段的時(shí)間可按熱處理工藝操作。

(3)對已經(jīng)產(chǎn)生表層過度滲碳的齒輪，應(yīng)在低碳勢滲碳爐中進(jìn)行擴(kuò)散處理，或在碳化物球化退火處理后再進(jìn)行淬火。

2 齒輪硬化層偏淺

滲碳齒輪表層硬度偏淺，在導(dǎo)致表面硬化層抗剝落性能降低的同時(shí)，也導(dǎo)致使用壽命的降低。

2.1原因分析

(1)滲碳過程中，滲碳時(shí)間太短，滲碳溫度偏低，滲碳層偏淺，爐內(nèi)有效加熱區(qū)溫度分布不均勻，滲碳過程中強(qiáng)滲階段及擴(kuò)散階段的碳勢控制不當(dāng)，裝爐前齒輪未清除油污及裝爐量過多，所留孔隙太小等因素而造成滲碳齒輪硬化層偏淺。

(2)選擇的齒輪鋼材質(zhì)及淬透性差，淬火介質(zhì)冷卻性能不足，而造成正常滲碳淬火后硬化層偏淺。

2.2預(yù)防措施

(1)選用淬透性合適的鋼材作滲碳齒輪材料，嚴(yán)格控制齒輪鋼質(zhì)量，入廠前必須對鋼材進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查。

(2)嚴(yán)格控制滲碳前齒輪表面質(zhì)量、裝爐量、爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)碳勢氣氛、強(qiáng)滲和擴(kuò)散時(shí)間、滲碳后淬火溫度、冷卻介質(zhì)等。

(3)對出現(xiàn)滲碳不足的齒輪要進(jìn)行補(bǔ)滲碳。

3 滲碳層深度不均勻

齒輪表面滲碳層深度不均勻，造成不同部位性能不連續(xù)，薄弱區(qū)域首先破壞，繼而整個(gè)齒輪損壞，嚴(yán)重影響齒輪使用壽命。

3.1原因分析

(1)固體滲碳時(shí)，滲碳箱內(nèi)各部分溫差較大，催滲劑不均勻造成滲碳深度出現(xiàn)較大差別，另外滲碳箱的大小、裝爐量、裝爐方式、升溫速度、滲碳劑的木炭導(dǎo)熱率太低，都會(huì)對滲碳層深度有影響。

(2)氣體滲碳時(shí)，爐內(nèi)溫度不均勻，爐內(nèi)氣氛循環(huán)不良，裝爐前齒輪未清除油污，齒輪表面碳黑沉積，都可能造成滲碳層深度不均勻。

3.2預(yù)防措施

(1)批量生產(chǎn)的齒輪應(yīng)盡量避免采用固體滲碳，必須進(jìn)行固體滲碳時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作工藝，裝爐量適當(dāng)，催滲劑、木炭要混合均勻。滲碳箱放在爐內(nèi)溫度均勻的中間位置，滲碳過程中間適當(dāng)調(diào)換滲碳箱位置。

(2)氣體滲碳時(shí)，要注意爐內(nèi)氣氛充分循環(huán)，爐溫要均勻，清除齒面油污，裝爐量不宜過多，滲碳爐密封性能要好，漏氣的馬弗罐及時(shí)更換，定期檢修滲碳爐。

4 淬火后表面硬度偏低

滲碳齒輪表面硬度偏低將會(huì)導(dǎo)致齒輪耐磨性和抗疲勞性能降低，對齒面抗摩擦、磨損性能都有不利影響。

4.1原因分析

(1)表面脫碳，金相檢查有脫碳層，是因滲碳后正火或淬火過程中保護(hù)不力所致。

(2)冷卻速度太低，在顯微鏡下觀察，表層組織不是馬氏體組織而是索氏體組織。金相觀察時(shí)，針狀馬氏體耐腐蝕明顯，而索氏體較暗(易腐蝕)。顯微硬度計(jì)檢測硬度差別大。

(3)齒輪滲碳溫度、淬火溫度偏高造成淬火后表面殘余奧氏體量過多。

(4)齒輪材料淬透性差及淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力不足。

(5)淬火后回火溫度過高，保溫時(shí)間過長。

4.2預(yù)防措施

(1)對已造成齒輪表面含碳量低的齒輪采取適當(dāng)增碳處理。

(2)選擇淬透性合適的材料和冷卻能力適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)，淬火冷卻。

(3)預(yù)先采取措施，減少淬火后的殘余奧氏體量。對含有過多殘余奧氏體的滲碳齒輪，進(jìn)行一次650~670℃、3h以上的高溫回火，使合金碳化物析出一部分，從而降低重新加熱淬火時(shí)的奧氏體穩(wěn)定性，促使奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。

(4)齒輪滲碳冷卻或重新加熱淬火時(shí)應(yīng)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，對已經(jīng)發(fā)生氧化現(xiàn)象的齒輪應(yīng)除掉氧化皮，進(jìn)行表層滲碳后再進(jìn)行淬火。

(5)齒輪表層硬度偏低若是回火溫度過高所致，應(yīng)重新淬火，選擇合適溫度進(jìn)行回火。

5 齒輪心部硬度不足

滲碳齒輪心部要求具有一定的硬度。硬度偏低，齒輪材料的屈服點(diǎn)降低，易產(chǎn)生心部塑性變形，使齒輪表面硬化層抗剝落性能及齒根彎曲疲勞性能降低。

5.1原因分析

(1)齒輪材料淬透性差，齒輪材質(zhì)差，鋼材內(nèi)部帶狀組織嚴(yán)重。

(2)齒輪滲碳后，直接淬火前預(yù)冷溫度過低或滲碳后重新淬火時(shí)，淬火溫度偏低。

(3)冷卻速度不夠，金相組織觀察，不是低碳馬氏體組織，而是索氏體組織。

(4)心部有大量未溶鐵素體存在，是由于加熱溫度偏低或加熱時(shí)間不足造成。

5.2預(yù)防措施

(1)選用冷卻性能好的冷卻介質(zhì)淬火，使心部獲取低碳馬氏體組織。

(2)選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟群图訜釙r(shí)間，使心部獲得均勻的奧氏體，以便淬火后獲取馬氏體組織。

(3)選用淬透性好、材質(zhì)好的鋼材作滲碳齒輪材料。

來源：熱處理技術(shù)研究中心