渗碳及碳氮共渗齿轮热处理质量检验综述

龙源期刊网渗碳及碳氮共渗齿轮热处理质量检验综述作者：赵美惠来源：《科技创新导报》2011年第17期摘要;齿轮的热处理质量直接关系到齿轮的使用寿命,而齿轮的热处理工艺通常有二种:渗碳及碳氮共渗,通用对层深、硬度及金相组织的检测,可以很好的控制齿轮的热处理质量。关键词:金相法硬度法硬度碳化物中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0091-01齿轮是汽车结构中的重要基础部件,齿轮质量的优劣,直接影响着汽车产品的性能和使用寿命。影响汽车齿轮使用寿命的因素很多,除设计、选材、冷加工及使用条件外、齿轮的热处理质量起着重要的作用。渗碳及碳氮共渗齿轮热处理质量的好坏是通过有效硬化层深度、硬度及金相组织来鉴别的,因此必须对齿轮热处理后的质量进行准确的检验及严格的控制。1检验与控制1.1渗碳及碳氮共渗层深(1)金相法测层深在1987年以前,国内对渗碳及碳氮共渗件层深的检验多采用“金相法”,各生产厂家根据本厂的生产特点及产品的使用情况,制定各自不同的检验标准和技术要求。用金相法检测层深,必须是在平衡的组织状态下进行,即零件必须进行等温退火处理,再进行检验。渗层深度包括过共析层、共析层及全部过渡区域,即由表面起到心部组织为止的总深度。共析层深度系指由表面起至出现显著的铁素体为止的深度。表面层含碳量应大于0.8%。渗碳层中过共析和共析层深度应为渗碳层总深度的50%～75%。用金相法检测层深最大的问题是:它是一种间接的测量方法,不能直接反映零件的使用性能。如果渗碳层深度合格而淬火组织不合格,用金相法测层深是无法检测到的。(2)硬度法测层深随着汽车产业的发展,检测标准与国际国准的接轨日趋重要,1988年我国等效采用了ISO2639《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》而制定了国家标准GB/T9450《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核》,即开始使用“硬度法”对渗碳淬火件进行“有效硬化层深度”的检测。标准规定:从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离为零件的淬硬层深度,也叫有效硬化层深度。龙源期刊网用硬度法检测层深,它的检测结果直接反映了零件的使用性能,因而更直观有效。在QC/T262及QCn29018汽车行业标准中,对汽车渗碳及碳氮共渗齿轮的有效硬化层深度的检测部位及方法进行了明确规定:从轮齿表面起,在9.81N(1Kgf)载荷下测至550HV,也可以在49.031N(5Kgf)载荷下测至515HV处的垂直距离。(3)深度的控制齿轮表面的硬化层深度是使其获得优良性能的重要参数。不同用途,不同模数的齿轮,其深度亦不相同。对同一种齿轮而言,如果层深过厚,会导致齿轮的弯曲疲劳性能下降,脆性增大,而如果层深过薄,也会降低弯曲疲劳强度,还会造成齿面早期疲劳剥落,甚至硬化层被压碎。为了使齿轮获得良好的抗弯曲疲劳性能,渗碳层深度不宜太厚;但在要保证齿面的抗接触疲劳性能时,则渗碳层应以深一些为好。如何合理地选择渗碳层深度,一般是根据齿轮材料,使用情况和工艺条件做全面考虑。通常是依据齿轮模数的大小进行确定。影响硬化层深度的主要因素有:渗碳介质的碳势,渗碳温度,渗碳时间,工件的表面状态,装炉量等等1.2表面硬度表面硬度为齿宽中部节圆附近的表面的硬度。汽车齿轮表面硬度要求一般为HRC58-63,我公司的产品要求在HV700以上。表面硬度是齿轮热处理的一个至关重要的因素,表面硬度低,耐磨性能差,降低抗接触应力的能力,使齿面容易形成疲劳剥落。表面硬度不合格是常见的热处理缺陷之一,渗碳及碳氮共渗齿轮硬度不足多由渗碳时间不足,淬火时脱碳,淬火温度过低,淬火冷却速度不足,表面残余奥氏体量过多,回火过度,工件表面不清洁等因素造成的。1.3碳化物数量及分布根据渗层中碳化物的大小、形状、数量及分布情况分为8级,评定时按QC/T262及QCn29018中的碳化物级别图进行,常啮合齿轮1-5级合格,换档齿轮1-4级合格,检测部位以齿顶角及工作面为准。渗层中碳化物的数量、形状以及分布,直接影响着齿轮的使用寿命,块状呈断续网状或者网状分布的碳化物,它们破坏了金属基体的连续性,起着造成应力集中的缺口作用,并可能成为裂纹源。在齿轮使用过程中,导致牙齿折断,齿端崩损,加速齿面疲劳麻点的形成和剥落。值得提出的是,齿轮表面是否需要有明显的碳化物存在,目前的意见尚不一致,一种看法是:由于齿轮在使用时主要是由于接触应力作用而损坏,而碳化物的存在容易成为疲劳的起始点,所以龙源期刊网主张齿面应无明显碳化物。另一种看法是:为了保证齿面具有足够的碳浓度和良好的耐磨性,使齿面上均匀分布着细小颗粒状的碳化物是必要的。目前普遍认为,从兼顾疲劳强度和耐磨性能出发,将渗碳层表面的碳浓度控制在0.8%～1.05%范围之内,是比较合理的。生产中往往由于渗碳浓度过高,造成渗层中碳化物级别超出要求范围,所以应严格控制热处理工艺,保证生产出合格产品。1.4非马氏体组织国家标准中规定:表面非马氏体组织最深不得超过0.02mm。所谓非马氏体组织,通常是指在渗碳或碳氮共渗层中最表面出现的黑色组织或黑色网络组织,这种组织只有极薄的一层,约为0.008～0.04mm,这种黑色组织一般为屈氏体组织。零件在渗碳气氛中,由于氧原子在其表面上富集,并沿着晶界向里扩散,致使钢中的铬、锰、硅等元素发生内氧化,同时又因为渗入的碳与其它合金元素相互作用,生成合金碳化物,故而造成了在氧化物或碳化物附近区域奥氏体中合金元素的贫化现象,在淬火过程中,零件的表面区形成了沿晶界分布的屈氏体组织,轻者呈网状,重者则连成片。如果在齿面上出现较深的非马氏体组织,势必造成表面硬度下降,加剧麻点磨损和疲劳剥落的产生,这是不允许的。2小结齿轮的热处理质量直接关系到齿轮的使用寿命,即:齿轮的表面及心部的金相组织缺陷直接影响着齿轮使用性能。在现生产中,通常是以零件的金相检验来保证产品的热处理质量,稳定产品的热处理工艺,生产合格产品。同时也可以通过理化分析的方法,根据零件的损坏形态,原材料的结构缺陷,判定零件损坏的性质,分析失效原因。参考文献[1]方向威，等编著.金相检验.机械电子工业部理化人员资格培训教材.[2]李炯辉,林德成编著.金属材料金相图谱.机械工业出版社.