023-86669155
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（1.重慶義揚機電設(shè)備有限公司,重慶 400042; 2.重慶長江工業(yè)爐公司, 重慶 401329)
前言：當我們?nèi)ビ嘘P(guān)兄弟工廠和學術(shù)交流的時候，不少同志詢問我們關(guān)于氣體滲碳淬火件中的齒輪變形問題，由于在重慶296廠主持兵器用結(jié)構(gòu)鋼在表面處理過程中氫脆和應力腐蝕斷裂的研究。對有關(guān)滲碳淬火件的變形總是也只有一覽而已……。如今退休16年了，也沒有精力并綜述并深入研究。為此將我們的研究體會交流給大家，望大家能有收獲。
關(guān)鍵詞：變形、時效變形
Problems of Deformation in Gears with Gas Carburizing
Li Zhiyi1,2, Li Xiaopeng1,2
(1. Chongqing Yi-yang Electromechanical Equipment co., ltd, Chongqing, 400042; 2. Chongqing Yangtze Industrial Furnace Manufacture co., ltd, Chongqing, 401329)
Introduction: With the research experiences in Chongqing 296 factory of hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking of the structural steel for weapons in the process of the surface treatment, lots of questions of the deformation in gears with gas carburizing were asked when the author went the related factories and made the academic exchanges. The research on the deformation of the carburizing parts were not very much…. The author has been retired for 13 years without enough energy for deep research. Therefore, the author exchanges his research experiences for hoping them can be helpful.
Keywords: Deformation, Aging deformation
1． 原材料的訂貨
1.1 齒輪滲碳的主要鋼種：18CrNiMo、20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4、20Mn2、20MnVB、20MnTiB、20MnCr5、20CrNi3、20CrNiMo、22CrNiMo、22CrMoH、40Cr、45#、35SiMn、40CrNi、40MnB
德國：18CrNiMo為主
美國：20CrNiMo為主
國內(nèi)：20CrMnTi、20CrMo、22CrMoH、17Cr2Mn2TiH、22CrNiMo（個別企業(yè)細小齒輪滲碳為降低成本采用A3鋼）
1.2 滲碳鋼中B、Ti、Sn的控制：
1.2.1 一般講:對加硼的滲碳鋼，要注意晶界硼化物的形成。硼化物的形成使晶界局部韌性下降(硼脆)，直接影響磨削應力大小和磨削裂紋源的形成。消除硼鋼，硼化物的形成，除冶金冶煉質(zhì)量為主，熱處理一般講;奧氏體化溫度越高冷卻速度越慢，則富集到晶界的硼化物也越多，當冷卻速度較快時，才有可能防止硼化物的偏聚。因此等溫正火，在正火過程中可考慮變速降溫的設(shè)計方案……。
1.2.2 對加鈦的滲碳鋼，要注意方晶鈦（TiN）的形成使晶界局部韌性下降(鈦脆)，直接影響磨削
應力大小和磨削裂紋源的形成。消除方晶鈦的形成，主要是冶金冶煉質(zhì)量的控制，熱處理一般講：奧氏體化溫度越高強迫方晶鈦熔解在奧氏體內(nèi)，然后在冷卻時需確當?shù)睦鋮s速度避免鈦在晶界的富集，從而消除方晶鈦的形成。方晶鈦的形成，或者含鈦太高，還會使?jié)B碳速度下降……。*新資料認為[8]：含鈦鋼容易產(chǎn)生液析TiN從而嚴重損害鋼的接觸疲勞性能。在保證滲碳溫度下具有足夠體積分數(shù)的Ti(C，N)顆粒有效釘軋晶界阻止奧氏體晶粒長大的前提下，適當降低鋼中鈦含量可有效消除液析TiN。同樣，還必須綜合考慮N的影響，不同氮含量的鋼中（如轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼）鈦含量的控制范圍應相應調(diào)整。鋼鐵研究總院與萊蕪鋼鐵集團合作開發(fā)的優(yōu)化鈦含量的20CrMnTiH 鋼，完全消除了液析TiN，同時對氧化物和硫化物進行嚴格控制，其接觸疲勞壽命達到107次以上，比傳統(tǒng)生產(chǎn)的20CrMnTiH鋼提高一個數(shù)量級。在滲碳的工藝中，例如：氮+甲醇+富華氣，以及通氨的C-N共滲或N-C共滲均能引起TiN的形成，需適當調(diào)整。
1.2.3 含錫量的控制
避免晶界錫化物的形成，冶金冶煉錫含量必須控制在0.5% 以下 ，同時防止在400℃左右回火，通常滲碳鋼均在低溫回火，這類組織不易形成。
1.3 技術(shù)要求：世界**品牌德國SEW減速機公司，原材料的訂貨：要求氫含量≤2PPm氧含量≤20PPm
夾雜物：氧化物≤1級，硫化物≤1級，而我們兵器用的槍炮鋼，氧化物≤1.5級，硫化物≤1.5級，二者之加≤2.5級。
原材料在冶煉澆鑄：推薦用真空抽氣脫氧脫氫，磁場、震動攪拌，連鑄連軋的方法來減少材料的雜質(zhì)、偏析。由于各種原因、原材料狀態(tài)不理想需要進行等溫正火處理。
2．等溫正火處理，一般采用950℃，若溫度低效果差（特別對白點引起微裂紋的焊合）
等溫正火：改善魏氏組織，原始晶粒均勻，應力狀態(tài)，帶狀偏析，合金元素偏析，致密度均勻性，夾雜物形態(tài)；由條狀變?yōu)閿噫湙E園狀，氫含量下降，夾雜引起的裂紋，對鍛造引起的組織損傷或裂紋有愈合作用（俄文1975年報道為焊合；合金元素多焊合時間增長，國內(nèi)學者肖亞航等[1]2005年報道）*終可獲得良好的切削性，且畸度小，性能提高，（零件長期服役下的尺寸穩(wěn)定性提高）。這種狀態(tài)下的材料使以后從事表面處理過程中的氫脆和應力腐蝕斷裂現(xiàn)象均有減緩作用。資料[8]從動錐齒畸變的研究，再次驗證上述觀點：原材料存在明顯的成分偏析和致密度不均，致使齒輪淬火壓淬過程中零件內(nèi)部同一層面組織轉(zhuǎn)變不一致，產(chǎn)生了附加應力該內(nèi)應力促使端出現(xiàn)了異?；?。由于：GB/T1979標準中對偏析框大小和形狀沒有規(guī)定，建議用戶采購齒輪鋼時多關(guān)注鋼的低倍鋼的低倍組織并加強鋼材進廠檢驗。
3． 滲碳淬火工藝的選擇和調(diào)整：
3.1滲碳淬火裝料方式：依據(jù)不同零件形狀而裝料，南車戚墅堰機車有限公司潘曉松[9]對大直徑重載齒輪滲碳。滲碳時，工件正面向上擺放，其后的正火及淬火工序均為反向擺放。
3.2 使同樣硬化層深度下縮短滲碳時間變形小
選擇凈化后的天然氣滲碳[2、3、4]，在同樣硬化層深度下使?jié)B碳時間縮短11%[4]，滲碳表面層非馬氏體組織一般5μm左右[4]（淺腐蝕）。用真空滲碳、稀土催劑、離子催劑等使變形減小。
3.3 依據(jù)變形的規(guī)律，采用滲碳淬火前增加或減小尺寸調(diào)整來彌補有規(guī)律的尺寸變化。
3.4 壓力下的淬火：一般采用馬氏體轉(zhuǎn)變前就加壓，壓力大小的選擇依據(jù)于零件的尺寸、形狀而定。
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