重载齿轮渗碳淬火回火处理技术要求

1 材料及要求

1．1 常用材料及分类

渗碳齿轮常用材料及分类如表1所示。

表1 渗碳齿轮常用材料及分类

1．2原材料质量和锻件质量

原材料质量和锻件质量应符合 重载齿轮材料质量要求。

2 渗碳淬火回火设备

2．1 渗碳炉

2．1．1 基本要求

对重载齿轮进行渗碳时渗碳炉除满足GB/T34889的要求外还应满足以下要求：

———渗碳炉应具有良好的密封性能，保持炉压稳定。

———渗碳炉应配置超温连锁保护、安全温度与渗碳气氛供给的联锁控制装置、废气燃烧联锁控制与排放装置等，确保设备安全可靠运行。应配备循环风机及炉气循环装置以满足渗碳工艺中炉温和气氛均匀性的要求。

———渗碳炉应配有定碳装置、试样取样装置和氧探头及供红外分析仪取气分析的接口。

2．1．2 温度控制

渗碳炉的仪表系统及温度均匀性应满足以下要求：

———渗碳炉的仪表类型及系统准确度要求和校验周期应符合GB/T32541中的有关规定。

———炉温均匀性按GB/T9452的方法进行测定，要求炉温均匀性不大于±8℃。

2．1．3 气氛控制

可控气氛渗碳时的气氛控制应满足以下要求：

———渗碳气氛推荐使用滴注式气氛、吸热式气氛或氮气+甲醇气氛。使用氮气+甲醇气氛时，应采取措施确保氮气和甲醇的流量比例稳定。

———气氛碳势控制应配备主控和监控系统。主控使用氧探头，监控使用氧探头或气体控制分析仪。

———碳势控制精度不大于±0．05%C。

2．2 缓冷装置

2．2．1  缓冷设备必要时应配备可通入保护气氛或介质流量的控制装置，防止工件缓冷过程中发生氧化或脱碳。

2．2．2  必要时可配备能调节缓冷速度的降温装置。

2．3 淬火装置

2．3．1  淬火装置应配有淬火介质的搅拌、导流、加热和冷却系统。

2．3．2  淬火装置应配备温度调节和控制系统，并配有超温报警装置。

2．3．3 淬火装置应配有防爆、灭火、排烟、液位监控、溢流口等安全设施和废烟排放装置。废烟的排放和处理应符合GB15735或GB/T32529的要求。

2．4 回火炉

2．4．1  回火炉应配备炉气循环及净化装置，高温回火炉还应配备保护气氛装置。

2．4．2   回火炉仪表系统类型及系统准确度要求和校验周期应符合GB/T32541中的有关规定。

2．4．3   回火炉炉温均匀性应按GB/T9452的规定进行测定，要求炉温均匀性不大于±8℃。

2．5  清洗机及辅助设备

2．5．1  清洗机及所有辅助设备应能满足工艺及安全使用的需要。

2．5．2   清洗过程中产生的废气、废液的排放和处理应符合GB15735或GB/T32529的要求。

3 试样

渗氮试样应符合 齿轮热处理试样技术要求 规定。

4 热处理工艺

4．1 预备热处理

渗碳的齿轮齿坯应进行预备处理，如正火、正火+高温回火、调质等。对畸变控制要求较高的齿轮应首选调质。

4．2 渗碳淬火

4．2．1  重载齿轮渗碳淬火操作应按GB/T34889的规定进行。

4．2．2  待处理工件的表面不应有氧化皮、锈斑、油垢、污渍、碰伤、裂纹。待处理工件应按

GB/T15822．1的规定进行探伤。

4．2．3 待处理工件的表面粗糙度应符合图样技术要求，渗碳面粗糙度 Ra 应不大于3．2μm；对待处理工件的尖角、棱边部位应进行倒角和倒棱处理。

4．2．4  需要防渗碳的部分要制定相应的防渗碳工艺。

4．2．5 为了减小因加热时发生的畸变可在临界点 Ac3 温度稍下进行1～2次等温。

4．2．6 渗碳温度应根据工件材料和要求的硬化层深度确定，在890℃～950℃之间。

4．2．7 应适当控制渗碳时的碳势，避免形成粗大、网状或块状碳化物。

4．2．8  应适当控制渗碳后工件的缓冷速度，防止缓冷时形成网状碳化物。

4．2．9 工件应缓冷到不低于350 ℃，并及时进行加热淬火或高温回火处理。高温回火温度为 600℃～700℃，保温时间应根据工件的形状和大小进行合理选择。

4．2．10  根据齿轮的材料和技术要求选择合适的渗碳后淬火工艺。

4．2．11  以下渗碳齿轮要求进行重新加热淬火：

———渗碳后需进行机械加工或由于钢材特性渗碳后需缓冷，以及需经1～2次高温回火或球化退火的齿轮。

———对于12CrNi3A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA  和20Ni4MoA  等高合金钢重载齿轮，为了减少渗碳层中残留奥氏体的含量，渗碳缓冷后应在650 ℃～680 ℃进行1～2次高温回火，然后重新加热淬火和低温回火。

4．3 回火

4．3．1 淬火后应及时进行低温回火，低温回火温度根据工件的最终硬度要求确定，在160 ℃～220 ℃。保温时间根据工件的形状和大小的不同进行合理选择。淬火到回火的时间间隔应不超过4h。4．3．2 对于高要求的重载齿轮，磨齿后（或粗精磨齿之间）需要进行一次低温去应力回火，回火温度应低于淬火后的回火温度。

4．4 喷丸强化

4．4．1  在淬火和低温回火后应对渗碳齿轮齿根部位进行喷丸强化。

4．4．2  重载齿轮喷丸强化的质量按JB/T10174的方法进行检验。

5 质量检验

5．1  检验项目及检验方法

重载齿轮渗碳热处理质量按表3规定的项目和方法进行检验。

表3 重载齿轮渗碳热处理质量检验项目及检验方法

5．2 技术要求

5．2．1 外观

齿轮表面不应有裂纹、剥落、锈蚀等缺陷。

5．2．2 表面含碳量

渗碳齿轮表面含碳量推荐0．70%～0．95%。

5．2．3 表面硬度

渗碳齿轮的表面硬度为58HRC～64HRC（660HV～800HV 或78HS～89HS），齿根处的表面硬度不低于56HRC。渗碳淬火后齿轮的表面硬度不均匀性应符合表4的规定。

表4 表面硬度不均匀性允许偏差

5．2．4 硬化层深度

硬化层深度的测量推荐采用齿形试样，测量方法应符合GB/T9450的规定，硬化层深度偏差应不大于目标硬化层深度的10%。齿轮的硬化层深度测定部位在齿宽中部法向截面上，在分度圆处沿垂直齿面方向，或按具体工艺文件规定。

渗碳淬火齿轮成品的硬化层深度应符合设计要求，硬化层深度的设计可参照附录A。齿根部位的硬化层深度应不小于节圆处的2/3。

5．2．5 金相组织

渗碳淬火齿轮的金相组织按GB/T25744方法进行检验并评级，检验项目及位置见表5和图2，其结果应符合表6和表7的要求。

表5 金相组织检验项目及位置

注：m 为齿轮模数，单位为毫米。

图2 金相组织检验位置

表6 渗碳淬火齿轮金相组织的级别要求

表7 渗碳齿轮表层晶界内氧化允许深度

5．2．6 心部硬度

心部硬度测量位置于齿宽中部处齿根30°切线的法向上，深度为5倍硬化层深，但不小于1倍模数，见图2b）。

渗碳齿轮的心部硬度应不低于30HRC，对于重要齿轮一般为35HRC～45HRC。渗碳齿轮心部硬度的检验一般在随炉试样上进行，有特殊要求时，可解剖工件进行检验。

也可以按供需双方协商确定。

5．2．7 畸变

渗碳齿轮淬火回火后，可用专用量具和仪器测量工件畸变情况，测量内容可根据工件技术要求确定。畸变量（可为校正后畸变量）应控制在技术要求的范围内。