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小模數(shù)滲碳齒輪滲碳淬火工藝

我公司在生產(chǎn)材料為20CrMoH的太陽輪時(shí),遇到了一些問題,看似簡單但也值得注意。這里提供給同行與大家共享,還望各位有興趣的同行給予斧正。


1.技術(shù)要求


產(chǎn)品概述:太陽輪,模數(shù)1.72mm,直徑約50mm,高度約60mm,材料為20CrMoH。


(1)技術(shù)要求

表面硬度為60~62HRC,心部硬度為35~45HRC。有效硬化層深度為0.5~0.7mm。組織:殘留奧氏體小于15%,碳化物0~1級,馬氏體1~5級,非馬組織深度小于0.02mm。


(2)國外客戶要求

金相組織檢測表層馬氏體組織中,殘留奧氏體的含量最多為:10%~15%;組織表面應(yīng)是天鵝絨狀的細(xì)紋晶粒、發(fā)暗,晶粒周圍不得有滲碳體;根據(jù)UNI3245,奧氏體晶粒大小5-8級;表面脫碳的氧化層和屈氏體痕跡的最小層厚度(非馬氏體區(qū)域)允許最大15~20μm。


2.工藝曲線


工藝1曲線如圖1所示,使用設(shè)備是天龍生產(chǎn)的多用爐,型號為RM9-75/130/75-5-TL。淬火冷卻介質(zhì)使用北京華立精細(xì)化工公司今禹等溫分級淬火油,型號Y35-Ⅱ。


3.出爐檢測結(jié)果


組織如圖2~圖4所示。表面硬度60、62HRC,表面非馬組織無論齒面、齒頂、齒根都小于0.02mm(如圖3~圖5),有效硬化層0.59mm,馬氏體2級(見圖3),殘留奧氏體小于15%(見圖3),符合客戶要求;但是心部鐵素體5級(見圖2)、硬度25、26HRC,碳化物3級(見圖4)超出客戶要求。

圖2  心部(400×)

 圖3  齒面(400×)

圖4  齒頂(400×)

圖5  齒根(400×)  

4.二次淬火工藝曲線


工藝1曲線如圖6所示,使用設(shè)備為天龍生產(chǎn)的多用爐,型號:RM9-75/130/75-5-TL。淬火油使用的是北京華立精細(xì)化工公司今禹等溫分級淬火油,型號Y35-Ⅱ。


5.不合格產(chǎn)品按工藝2進(jìn)行二次淬火試驗(yàn)


組織如圖7~圖10所示。表面硬度為60HRC、62HRC,表面非馬組織小于0.02mm(見圖8齒面、圖9齒頂、圖10齒根),馬氏體2級(見圖8),殘留奧氏體15%(見圖8),符合客戶要求;但是有效硬化層0.75mm,心部鐵素體4級(見圖7心部)、硬度33HRC、35HRC,碳化物2級(見圖9)超出客戶要求。

圖7  心部(400×)

圖8 齒面(400×)

圖9 齒頂(400×)

圖10 齒根(400×) 

6.重新調(diào)整工藝試驗(yàn)


新工藝如圖11所示。


新工藝結(jié)果:心部為板條馬氏體加少量的貝氏體組織如圖12所示;齒面為馬氏體組織如圖13所示,三級;齒頂碳化物1級,為彌散顆粒狀碳化物如圖14所示;齒根為馬氏體組織如圖15所示,三級,心部硬度43HRC,結(jié)果完全符合外商的要求。

圖12  心部 (400×)

圖13   齒面(400×)  

圖11   齒頂(400×)

圖12   齒根(400×)

 

7.結(jié)果分析


在此之前我們曾經(jīng)在分級油中試驗(yàn)過模數(shù)為3~3.5mm的行星輪,工藝為強(qiáng)滲溫度900℃,淬火溫度為800℃,結(jié)果都能滿足客戶要求,故在生產(chǎn)模數(shù)為1.72mm的太陽輪時(shí)為了在滿足產(chǎn)品圖要求的同時(shí)進(jìn)一步減小熱處理變形,將淬火溫度降至780℃后,結(jié)果出現(xiàn)了第三段中所述的問題。


分析認(rèn)為心部硬度低和鐵素體超標(biāo)主要是因?yàn)樵陔p向區(qū)淬火有未溶的鐵素體和先共析鐵素體存在導(dǎo)致。碳化物超標(biāo)主要是淬火溫度低,表面碳勢又過高,在緩慢降溫過程中飽和的碳在奧氏體晶界析出,導(dǎo)致淬火時(shí)碳化物超標(biāo)。


為此,我們制定了二次淬火工藝(見圖6)重新試驗(yàn),結(jié)果如第五段所述,有效硬化層超標(biāo)可以理解,因?yàn)槎未慊?50℃增加了一個(gè)小時(shí)的保溫時(shí)間,超標(biāo)自在情理之中,碳化物超標(biāo)但是比一次淬火時(shí)好了許多,為什么呢?我們認(rèn)為是因?yàn)?50℃保溫時(shí)間短、溫度低,一次淬火析出的碳化物來不及完全溶解,導(dǎo)致二次淬火后碳化物仍然殘留而超標(biāo)。另外,還有粗大的碳化物比細(xì)小的碳化物要難溶,粒狀碳化物比片狀碳化物難溶,所以滲碳后的過共析的部分加熱溫度即使高于Acm,組織中也可以存在未溶的碳化物。心部鐵素體超標(biāo)我們認(rèn)為是因?yàn)楣ぜ?shù)太小,淬火溫度較低,出爐淬火過程中,中間運(yùn)行時(shí)間過長,在淬火之前降溫過多導(dǎo)致心部溫度進(jìn)入雙向區(qū)所致。


經(jīng)過此次生產(chǎn),我們認(rèn)為小模數(shù)滲碳淬火產(chǎn)品,淬火溫度的控制應(yīng)謹(jǐn)慎,不能一味的為滿足心部硬度而降低淬火溫度,一定要考慮小模數(shù)產(chǎn)品出爐過程中由于結(jié)構(gòu)的原因溫降過快對心部硬度和組織的影響。


作者:張同保

單位:江蘇匯九齒輪有限公司熱處理部

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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