9渗碳齿轮硬度和残余奥氏体评定的影响
齿轮渗碳加工常见缺陷的原因分析及预防措施
齿轮渗碳加工常见缺陷的原因分析及预防措施1 齿轮表层过度渗碳渗碳齿轮由于处理不当过度渗碳后，表层将会出现块状、网状碳化物，使用时齿轮塑性变形能力降低，耐冲击性减弱，齿根部弯曲疲劳性能下降，齿尖角变脆，易于崩裂，淬火后渗碳齿轮在磨削加工时易于开裂。
1.1原因分析1)齿轮在固体介质中渗碳时，渗碳箱内碳势过高，又不能任意调整碳势，因此渗碳温度越高，时间越长，表层过共析程度就越大。
特别对含有强碳化合物形成元素Cr、Mo的渗碳钢，碳的扩散较慢，齿轮渗碳层表面碳浓度更高，达到过共析成分的渗碳层，在冷却时，从奥氏体晶界析出渗碳体形成网状分布。
2)在气体介质中渗碳时，若渗碳炉内碳势过高，强渗时间过长，也会出现齿轮表层渗碳过度。
1.2预防措施1)固体渗碳时，为了防止碳势过高造成过度渗碳，可以采用较低的渗碳温度或使用较弱的渗碳剂。
2)气体渗碳时，为了防止表层过度渗碳，在渗碳后期安排扩散阶段，强渗和扩散阶段的时间可按热处理工艺操作。
3)对已经产生表层过度渗碳的齿轮，应在低碳势渗碳炉中进行扩散处理，或在碳化物球化退火处理后再进行淬火。
2 齿轮硬化层偏浅渗碳齿轮表层硬度偏浅，在导致表面硬化层抗剥落性能降低的同时，也导致使用寿命的降低。
2.1原因分析1)渗碳过程中，渗碳时间太短，渗碳温度偏低，渗碳层偏浅，炉内有效加热区温度分布不均匀，渗碳过程中强渗阶段及扩散阶段的碳势控制不当，装炉前齿轮未清除油污及装炉量过多，所留孔隙太小等因素而造成渗碳齿轮硬化层偏浅。
2)选择的齿轮钢材质及淬透性差，淬火介质冷却性能不足，而造成正常渗碳淬火后硬化层偏浅。
2.2预防措施1)选用淬透性合适的钢材作渗碳齿轮材料，严格控制齿轮钢质量，入厂前必须对钢材进行质量标准检查。
2)严格控制渗碳前齿轮表面质量、装炉量、炉内温度、炉内碳势气氛、强渗和扩散时间、渗碳后淬火温度、冷却介质等。
3)对出现渗碳不足的齿轮要进行补渗碳。
3 渗碳层深度不均匀齿轮表面渗碳层深度不均匀，造成不同部位性能不连续，薄弱区域首先破坏，继而整个齿轮损坏，严重影响齿轮使用寿命。
汽车渗碳齿轮的心部硬度控制
汽车渗碳齿轮的心部硬度控制作者：刘超来源：《时代汽车》2019年第01期摘要：汽车制造过程中，对每项部件的要求都要达到高标准，由于在真正实施过程中，受材料、条件、设备等影响，得到的成果会有所不同，而且对于不断运转的齿轮来说，为了传递动力在啮合时需要承受各种力量的冲击和压迫，这就对渗碳齿轮的心部硬度有了一个强性要求，本篇文章将通过试验所得的结论来对如何控制渗碳齿轮心部强度进行具体分析。
关键词：汽车齿轮；渗碳齿轮；心部硬度影响齿轮的质量因素很多，因为在运转过程中需要承受脉动冲击力和弯曲应力等，因此对其制造工艺就有严格的要求，以便于控制心部硬度在工作时依旧给渗碳齿轮提供充分的支撑和强韧性。
在制造齿轮时会依据不同的要求提供不同的材料来保证质量，而进行渗碳后的质量会采用硬度及金相检验，以此保证心部硬度达到能够承受冲击的标准。
作为渗碳齿轮的综合性指标，对承载特性要求是很高的，因此这篇文章对如何控制心部硬度进行分析和探究。
1 汽车渗碳齿轮心部硬度测定及合适范围随着改革开放以来政策的鼓励和支持，以及科学技术的大力支持，制造高质量的汽车齿轮的指标也在不断地提高。
若沿用标准指标不能很好地满足现状，比如长期以来我国汽车齿轮标准中，沿用的是原苏联标准来进行测定心部硬度，测定位置确定在距齿顶2/3齿高处，硬度规定范围为H RC 33一48，但是依据专业分析可得由于考虑心部的承载需要，这样的标准不算足够合理。
因此目前国际标准规定测定位置在齿宽中部法截面上即齿的中心线与齿根圆的交点处，相比之前的要求更加精确也更加具体。
显然这一新的标准规定的执行可以反映出钢材的淬透性及热处理淬火的质量，并得到了大家的认同而被采纳，然而这种规定并没有被工厂严格地执行下去。
根据一些工厂的试验得出的结论可以了解到心部硬度在模数不同的情况下进行疲劳试验，不同用途的齿轮的心部硬度控制为一致比如H R C 33一48，是不符合实际情况的。
经国外试验得出国内试验几乎相同的实验结果能够阐述：模数较大的齿渗层较深的齿轮需要控制较低的心部硬度，高于国际标准会增加齿轮质量的脆性，抗弯强度就不太理想，因此控制在H R c 33～42范围内可以避免和缓解这类问题。
渗碳齿轮热处理常见缺陷及预防措施
预防措施
(1)气体渗碳时，为了防止表层过度渗碳，在强 渗后期安排扩散阶段，合理安排强渗和扩散阶 段的时间对于控制渗层的深度有很大的关系。
(2)对已经产生表层过度渗碳的齿轮，应在低碳 势渗碳炉中进行扩散处理，或进行碳化物球化 退火处理（获得粒状珠光体组织，为淬火做好 组织准备）后再进行重新淬火。
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渗碳齿轮热处理常见缺陷
1、齿轮表层过渡渗碳 2、淬火后表面硬度偏低 3、齿轮心部硬度不足 4、齿轮硬化层偏浅 5、渗碳层深度不均匀
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1、齿轮表层过渡渗碳
渗碳齿轮由于处理不当过度渗碳后，表层将会出 现块状、网状碳化物，少量的粒状碳化物可以改善齿 轮的耐磨和接触疲劳强度性能，若块状、网状碳化物 过多将使齿轮表层的脆性增大，易于脱落，使用时齿 轮塑性变形能力降低，耐冲击性减弱，齿根部弯曲疲 劳性能下降，齿尖角变脆，易于崩裂，淬火后渗碳齿 轮在磨削加工时易于开裂。
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5、渗碳层深度不均匀
正常情况下齿轮在渗碳的过程中， 由于几何形状和曲率半径的原因齿根比 其它部位要稍浅。几何因素造成渗碳层 不均难以避免。但是由于其它因素造成 渗层比正常情况更加不均匀，将造成齿 轮不同部位性能不连续，薄弱区域首先 破坏，继而整个齿轮损坏，严重影响齿 轮寿命。
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原因分析
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碳化物 400× 4%硝酸酒精溶液侵蚀
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原因分析
气体渗碳时，若渗碳炉内碳势过高，强渗时间过 长，表层过共析（珠光体＋二次渗碳体）程度就越大， 出现齿轮表层渗碳过度。特别对含有强碳化物形成元 素Mo、W等渗碳钢，碳元素的扩散速度较慢，齿轮渗碳 层表面碳浓度高，达到过共析成分的渗碳层，在冷却 过程中，从奥氏体晶界处析出渗碳体形成块状、网状 分布。
经验分享：差速器齿轮渗碳淬火缺陷原因分析及对策
差速器齿轮渗碳淬火的质量缺陷大致可分为：外观缺陷（氧化、锈蚀），硬度、有效硬化层不合格（硬度高、硬度低、硬度不均匀，有效硬化层深、有效硬化层浅），金相组织缺陷（马氏体、碳化物、心部组织级别超标、表层非马超标），热处理变形（缩孔、锥度、圆度及畸变），下面就齿轮渗碳淬火生产中常见的质量缺陷，进行影响因素分析及补救对策实施阐述。
一、外观缺陷（1）表面氧化产生原因可能是热处理炉密封差而导致漏气，另外还有可能是渗碳介质纯度不够（含有水分）。
防范措施即为检查炉子密封性和提高渗碳介质纯度。
（2）表面锈蚀、污物、金属瘤产生原因可能是进炉前零件没有彻底清洗干净，热处理前机加工时切削液不合格，没有清洗干净。
零件表面沾有碎切屑，热处理加热过程中熔化粘结于零件表面。
防范措施即为采用弱碱性清洗液对进炉前零件进行认真彻底清洗，确保进炉前零件的清洁度。
二、有效硬化层深度、表面硬度、心部硬度缺陷（1）有效硬化层深度又叫淬硬层深度，一般用显微硬度计检测，从表面一直测至界限硬度处的直线距离；而渗碳层深是指渗碳层的深度，一般用金相法来检测，合金渗碳钢从表面测至过渡区。
因零件的渗碳层深仅指对合金钢渗入碳的深度，是齿轮热处理生产中的一个过程指标，不能很好地反映齿轮的热处理最终结果，故正规的技术文件，大多以有效硬化层深度作为零件热处理后的检测、考核指标。
有效硬化层深度缺陷又分以下两种情况：第一种是有效硬化层深度浅，产生的原因可能是：原材料的淬透性差、端淬值低；淬火冷却介质的冷却能力差；渗碳保温时间短、强渗及扩散期的碳浓度低，导致渗碳层深度不够；渗碳炉的有效加热区的温度分布不均匀，导致不同区域零件渗碳层深度不够。
相应防范措施为：调换淬透性好、端淬值高的原材料；调换冷却能力好的淬火冷却介质或加大淬火冷却介质容量，增加搅拌功能；延长渗碳保温时间，提高强渗及扩散期的碳浓度，使渗碳层深度合格；检测渗碳炉有效加热区的温度均匀性，使各零件的渗碳层深度稳定、统一，达到技术要求。
渗碳检验及组织缺陷
一、渗碳工件的检验项目
渗碳层深度的检验，一般在渗碳后进行。
渗碳层和心部硬度的检验，一般在热处理后进行。 渗碳层含碳量及浓度梯度的检验，要定期做剥离检验。 渗碳层和心部组织的检验。 渗碳件力学性能的检验。此种检验的目的是为了寻求合 理的渗碳工艺参数，主要是测量渗碳试样的硬度、耐磨 性、抗拉强度、接触疲劳强度、冲击韧性等。
法已得到应用，其温度可达980～1080℃。由于真空炉的推广，
也大大促进了真空渗碳工艺的发展。离子氮化成功地用于生 产也带动了离子渗碳的研究。为了节约能源和石油消耗，直
接在工作炉内滴注有机液体以获得渗碳气氛，或以氮基气为
载体气的气体渗碳法目前也有了长足的进展。采用微机对渗 碳过程进行全自动控制是一个重要的发展方向。
一般应用较广而且比较容易测量的是以组织中有50％珠光体处
为标准分界，即渗碳层深度等于过共析层十共析层+1/2亚共析
层的总和。有时对于某些合金钢的渗碳层是测量到出现原始组 织为止。
2. 渗碳层金相组织检验
金相组织检验主要是指检验渗碳层碳化物
级别、马氏体级别、残留奥氏体的数量和 组织缺陷。
3. 渗碳层浓度梯度的检验
4.渗碳件的组织缺陷
(1)渗碳层出现粗大的网状碳化物
这是由于渗碳不当造成的，在齿轮的齿顶处特别容易产生 这种粗大网状碳化物组织。这种组织的出现，不仅严重影
响工件的使用寿命，而且容易在淬火或者磨削加工时产生
开裂。为消除网状碳化物应严格控制渗碳时炉气的碳势和 工艺参数，使渗层浓度不致于过高，一旦出现网状碳化物，
是，在通常的情况下，增加渗层厚度将会增加表面碳浓度并
使组织恶化。所以，增加渗层深度并不一定使疲劳强度增加。
渗碳齿轮钢残余内应力的研究
经渗 碳后 的工 件 ， 沿其截 面上 化学成 分 的变 化 ， 变 了淬 火时 的 相 变顺 序 ， 献 ［ ］ 量 了渗 层 改 文 ４测 点 与淬火 冷却 温度 的关 系 ， 图 １ 见 。由图可 见对 渗碳 试件来 说 ， 其 点是 随着 层 深 的增 加 而增 加 的 ， 因 而冷 却时 一般 是先 从 内部 靠 近机体 成分 的部 位先 开始相 变 ， 然后 相变再 向表层 和 心部 扩展 。 渗 层 中残余 内应 力 的性质 、 大小 及 分 布 主要 决 定 于渗层 的组 织 、 固溶 体 的化 学成 分 和热处 理 的冷 却 条件 ， 当渗层 中 出现 游离 碳 化 物 、 残余 奥 氏 体 或其 它 异常 组织 时 ， 氏体 相 对 量 将 减 少 ， 马 因此 残 余 压应 力 就 降低 。 本 次试 验试 样经 渗碳 淬 回火 后 ， 余 压应 力 就 呈 现 了一 峰 二 谷 的 复 杂 分 残 ４０ ２ ３７ ６ ， ．
面 为 ２ １应 力 常数取 ３ ３ ３ １， ０．。 本 试验 采用化 学腐 蚀剥 层 ，０ ｓ ２ ２ － ｉ ＠法 测应 力 ］ 由计算 机 直 接输 出切 向残 余 内应 力 之 值 ， ｎ ， 部
分 结果 见表 ２ 。
２ 试 验 结果 分 析
２ １ 残 余 内应 力计算 ．
文献［］ ４ 经计 算认 为残余 径 向 内应 力 非 常小 ， 接 触 疲 劳强 度 影 响不 大 ， 以忽 略 ， 向 残余 内应 对 可 切
作 者 简 介 ： 一 丹 （ ９ ５一） 女 ， 南 湘 潭 人 ， 师 胡 １６ ， 湖 讲
关于减速器齿轮渗碳金相检验的几点经验
图 ６ 炉 后 高 温 回 火 １０ ０ｘ
图 ７ 淬 回 火后 碳 化 物 不合 格 １０ ０ｘ
３ 异 常 金 相组 织
３ｌ表 面 氧 化 ，
① 氧化是 因为渗碳 气氛巾含有 Ｏ， ，Ｏ ： ＯＣ Ｈ 等氧化性 组分 ，而钢中义禽有与氧的亲和力 比 铁 强的合金元素造成的。它足一种钢在表面以 下 发 生 的 选 择性 氧 化 的 现 象 ，氧 化 物 可 能 弥 散 地 分布于晶粒内 ， 可能存 在于品界① 。如图 也 ８ 清晰地 显示出品界存 在的黑 色氧化物和品内 ， 存在的黑 色点状 氧化物 。图 ９是 预检 样【ｌ ｝较严 重 的 氧化 。 表 面 氧 化 的 试 样 ， 蚀 后 其 附 近 有 有 腐 非 马氏体组织 ，这 是由丁晶界附近的合金元素
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科苑 论谈
邢玉荣 高祥娟 周 玉 梅
科 蓬
关 于 减速器 齿 轮渗碳 金相检 验 的几 点经验
（ 尔 滨汽 轮 机 厂 有 限责 任 公 司质 检 中心 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０４ ） ５ ０ ６
摘 要 ： 要 阐述 了在 渗 碳 过 程 中如 何 用金 相 法 估 测 硬 化 层 深 度 和 预 测 金 相 组 织 ， 时 发 现 并 解 决 了生 产 工 作 中遇 到 的 一 些 问 题 主 及
关键词 ： 估测层深 ； 预测金相组织 ； 碳浓度 ； 面氧化 表
前 言 。燃 汽 轮 机 减 速 器 齿 轮 渗 碳 工 艺 复 ２ 。 杂 ， 检 项 目繁 多 ， 于 新 技 术 、 材 料 的 开 发 终 属 新
项 目。以前渗碳零件在渗碳时 只是要求检测渗 碳 层深度和有 无网状碳化物 等简单检验项 目。 而燃 汽 轮 机齿 轮 渗碳 ，要 求 测 定 有 效 硬 化 层 深 度， 金相组织要求严格 ， 同时还要求心部机械性 能 和 表 面 硬度 。 我们 主要 是 利 用 渗 碳 过 程 中 的 中 间样 检 验来 控 制 渗 碳 工 艺 ，并 用 金 相 法 估 测 硬 化层 深 度 和 预测 金 相 组 织 ， 以确 保 渗 碳 齿 轮 在 接下 来 的淬 回 火各 项 检 测 项 目合 格 。若 有 一 项不合格都会 造成齿轮报废 ，造成 巨大经济损 失。因此， 中间样 的检测显得尤 为重要 ， 这就给 图 ２ 表 面碳 浓 度 低 的 情 况 １０ ０ｘ ２ 碳 浓 度 高 的情 况 ． ２ 我们金相检验 人员提 出了更高 的要求 。 几年来 ， 我们在减速器齿 轮渗碳 的工作 中遇到并解决 了 如 果 碳 浓 度 高 ， 形 成 网 状 碳 化 物 ， 是 易 这 生产过程中的一些问题 ，积 累了一定 的工作经 在工作中最 常遇到 的情况 。尤其是强渗期第二 验。 阶段 和扩散期 的碳势较高时 ，则更易形成 网状 １估 测 硬 化层 深 度 碳化 物 。 实践 证 明 ： ３ ４所 示 的细 网 ， 回火 图 ， 淬 完成一炉渗碳 ， 需要进行 多次检 验。首先 后 网 状 碳 化 物 基 本 上 消 除 ， 图 ５ 这 表 明 碳 浓 见 ， 需 要 进 行 ２ ４次 中 间 抽 检 ， 后 是 炉 后样 检 验 度最 佳 。 图 ６所 示 粗 网 ， 回火 后 如 图 ７所 示 ， ～ 然 淬 （ 渗碳结束后 ， 随齿轮一同出炉 的试样 ）随后进 网状 碳 化物 不 能 消除 ，这 就 表 明 渗 碳 过 程 中碳 ， 行预检样检测 （ 将试样单独 高温 回火加淬 回火 浓度 太 高 了 。 的试样 ，以决定渗碳后 的齿轮最终 的淬 回火温 度 ）最 后是终 检样检测 （ ， 随齿轮一 同热处 理 的 试 样 ） 其 中 预 检样 、 检样 要 打 显 微 硬 度 确 定 。 终 有效硬化层深度 ， 评定金相组织 （ 包括 马氏体及 残余奥氏体 ， 碳化物 ， 心部组织 ） 级别 ， 再打表面 硬 度 。 面 中 间 样 必须 立 即给 出估 测 的硬 化 层 深 度和碳化物状态 ，以便 于车 间技术人员决定 以 后 的 碳 势 及 出 炉 时 间 。但 是 中 间样 没 有 时 间 进 行高温 回火和淬回火 ，无法用显微硬度法来确 定 有 效 硬 化 层 深 度 。 过 大 量 的 实践 ， 们 采 用 经 我 金相法来估测硬化层 深度 。 一般 的， 渗碳层有过 图 ３ 中 间样 １０ ０ｘ 共 析 区 、 析 区 和 过 渡 区 ， 量 到 共 析 区基 本 结 共 测 束时为止。如图 １ 。实践表 明， 估测 的硬化层深 度 和 用 显 微 硬 度 法确 定 的硬 化 层 深 度 误 差 不 超
残奥与碳化物的区别
区别一、碳化物一般是孤立存在的，而残余奥氏体是成片存在的，其中被马氏体断开。
对于渗碳齿轮，析出碳化物部位的碳含量教高，一般该位置是过共析钢，碳化物在晶界位置析出的比较多；还有一些碳化物成点状析出，析出部位不在晶界上；但是各个碳化物都孤立存在的。
区别二、深腐蚀颜色不同。
样品经过深腐蚀，碳化物越发白亮，而残余奥氏体会渐渐变暗。
区别三、残余奥氏体中存在碳化物。
一般情况下碳化物是白亮的孤立状，白亮内无任何杂质；而残余奥氏体内部析出一些点状碳化物。
图谱分析见下图：
碳化物500X
碳化物1000X
对于渗碳产品一般碳化物存在于表面,但是不一定是边缘.
有些井式炉渗碳产品由于出炉后在空气中放置时间长导致最边缘碳浓度降低,而里面可能产生碳化物
残奥一般分布在马氏体相间，铁素体分布在相界。