20Cr2Ni4A钢淬火参数对齿轮心部硬度的影响分析

+
1
:
.’ !""* 年 第)! 期
!!! 7 "#$%&’&() 7 $*" 7 $’
机械工人 热加工
"#$% &’#$%(#)%
热处理
机械工人
为制造业创造价值
从表 ! 中的数据可以看出，由于 "#$%"&’() 材料为
（"）淬火油温的影响 我们仍将与大齿轮相同材质
本质细晶粒钢，且合金含量较高，淬透性也较好。随着 （"#$%"&’()）且形状相同的试块分为 ( 组，在相同的淬
（"##4#*#4）
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
（上接第 4+ 页）
和奥氏体化温度，它们对其改变和降低热应力与组织应
共渗后的耐磨性对比。
力有着很大的影响。
表 ! !"$%?/=’ 渗碳和碳氮共渗后的耐磨性对比
碳氮共渗中，渗层碳含量的降低、氮原子的渗入，
77 5 7*
!
"
7
0#,淬火后，可得到了齿表硬度和心部的最佳配合，同 时金相组织也符合图样要求。因而，确定该齿轮淬火参 数为：*+# , 保温!0# , 油温淬火冷却!!0# , 低温回火。
（7）批量生产的结果 通过试块的反复试制，确定 了淬火参数后，我们对第一批大齿轮（共 + 件）分别进 行了渗碳、淬火处理，并对随炉试块和齿轮的形位公差 进行了严格的检验。最终结果为：有效硬化层 $29 : !80+..；齿 轮 表 面 硬 度 4# 5 4!23$；心 部 硬 度 74 5 7+8-23$；精加工区（防渗涂料涂刷三遍保护）硬度 75 7023$；金相组织：碳化物 ! 级，残余奥氏体 " 级，
表!
编号 淬火温度 1 , 淬火油温 1 , 齿表硬度 23$ 心部硬度 23$ 碳化物级别 残余奥氏体级别 心部及铁素体
!
*+#
4#
4# 5 4! 6 -
7* 5 (!
!
"
"
"
*+#
*#
4# 5 4!
74 5 (#8-
!
"
"
7
*+#
0#
-+ 6 - 5 4!
7- 5 7+8-
!
"
"
(
*+#
+#
-+ 5 4#
心部组织及铁素体 " 级；形位公差和齿形公差均符合图 样要求。这一结果也得到了用户的复检和认可，满足了 用户的要求。到目前为止，已累计生产合格的 ;<=>(-# 系列大齿轮 !-# 余件。
!" 结语 ;<=>-# 系列大齿轮采用 "#$%"&’() 制造，其合金含 量较高，淬透性较好，用常规工艺渗碳、淬火处理后其 心部硬度偏高，难以实现后序的精加工，而通过对淬火 参数———淬火温度和淬火油温的调整，则可以降低其心 部硬度，同时保证产品质量，满足用户要求。
碳氮共渗
渗碳
以及残余奥氏体的增加对马氏体与奥氏体之间的比体积
钢号
渗层的 碳氮浓度
失重 ! 1 A !# B (C
碳（ @ ）氮（ @ ）
渗层的 碳含量 失重 ! （质量 1 A !# B (C 分数，@ ）
#80+ #8"*7 #8#!0
# 8 0+
# 8 #"4
"#$%?/=’ !8!- #87-- #8#!*
在生产中，齿轮心部硬度过高成为淬火过程的主要 难题，经过对淬火参数的反复分析、试验和调整，我们 最终解决了这一难题，满足了用户的要求。
!" 大齿轮的技术要求 表面碳浓度 2A - ’7(&8 9 ’7)&8；有效硬化层 2?B （&+&?C:） - +7( 9 17’**；齿轮表 面 硬 度 &( 9 ,1?@2， 心部硬度 :& 9 %’?@2；金相组织按 DE F GH%’:) I +)(( 标 准检验：碳化物 + 9 1 级；残余奥氏体 + 9 : 级；心部组 织及铁素体 + 9 : 级。 #" 热处理工艺及检验结果 齿轮的热处理工艺为：正火 J 高温回火"渗碳 J 三 次高温回火"淬火 J 低温回火。渗剂为丙酮。采用 KALM= 多用炉进行渗碳和淬火。氧探头和热电偶对渗碳过程进 行碳势动态控制。其淬火油槽内有加热和无机调速螺旋 搅拌装置，油温可调整。淬火油为“好富顿”中速淬火
转入冷加工后发现，精加工区不但表面难以加工， 并且在钻孔深度大于渗层深度后，其硬度仍然偏高而无 法进一步加工。在对该区进行退火处理后，齿形、齿向及 平面度等形位公差超出图样要求，造成该试制件的报废。
$" 原因分析和改进措施 从试制件的检验结果上看，除了齿轮心部硬度和精 加工区（非渗碳面）硬度偏高外，其余各项指标均能符 合图样要求。而我们都知道，造成心部硬度过高的原因 除材料本身的因素（合金含量较高、淬透性好）外，淬火 过程起着决定性的作用，因此有必要对淬火的主要参数 ———淬火温度和淬火油温进行分析。 （+）淬火温度的影响 我们首先将与大齿轮相同材 质（1’23145%6）且形状相同的试块分为 % 组，在不同的 淬火温度、相同的淬火油温（,’N）和冷却时间（1&*5=） 下进行淬火、+(’N回火后得到如下结果（见表 +）。
起到了很大的缓解作用，从而降低了组织应力。由于氮 原子的渗入使奥氏基本晶粒长大的趋势和渗后 淬火畸变减小。同时氮原子的渗入提高了淬透性影响淬 硬区与未淬硬区的范围，对改变内应力的分布起到了较 大的作用。
#" 结语 内星形轮采用表 ! 的工艺参数进行碳氮共渗处理 后，其耐磨 性、接 触 疲 劳 强 度 和 变 形 量 满 足 了 产 品 要 求。相对于渗碳来说，该工艺缩短了加工时间，加快了 生产进度。
! 8 !-
# 8 #"-
!8"* #8("4 #8#!-
!8(
# 8 #"!
!" 内星形轮碳氮共渗温度及组织对变形的影响 变形主要是由淬火钢中的内应力造成的，而淬火钢 中的应力场是热应力与组织应力叠加的结果。对淬火钢 中内应力的影响除了工件的形状及尺寸、淬火介质和淬 火冷却方法外，还有两个最主要的原因：奥氏体化成分
淬火温度的降低，齿表硬度变化不大，但心部硬度降低 火温度（*+#,）、不同的淬火油温、相同的冷却时 间
幅度较为明显。尤其在 *+#, 时，其齿表硬度和心部硬 （"-.’/）及 !0#,回火后得到的结果如表 " 所示。
度均能符合图样要求。
从 表 " 可 看 出 ，淬 火 温 度 为 * + # , 、淬 火 油 温 为
（"##4#0#0）
机械工人 热加工
!""# 年 第$! 期 *!
!!! 8 "#$%&’&() 8 $*" 8 $’
常规工艺为：):’N渗碳 J 三次高温回火"(+’N 保 温后淬入 ,’N淬火油中"低温回火（+(’N保温 &O）。我 们对齿轮试加工了一件，得到的结果如下：有效硬化层 2?B - +7)1**；齿轮表面硬度 ,’ 9 ,+7&?@2；心部硬度 &1 9 &%?@2；精加工区（防渗涂料涂刷三遍保护）硬度 &’ 9 &:?@2；金相组织：碳化物 + 级，残余奥氏体 + 级， 心部组织及铁素体 1 级；齿形、齿向及平面度等均符合 图样要求。
表)
编号 淬火温度 F N 淬火油温 F N 齿表硬度 ?@2 心部硬度 ?@2 碳化物级别 残余奥氏体级别 心部及铁素体
+
(+’
,’
,’ 9 ,+7&
%( 9 &1
+
+
1
1
(’’
,’
,’ 9 ,+
%% 9 &)
+
1
1
:
.)’
,’
,’ 9 ,+
:. 9 %’7&
+
1
1
%
.(’
,’
&) 9 ,’7&
:: 9 :(
机械工人
为制造业创造价值
热处理 #$%& ’($%&!$)&
!"#$!%&’( 钢淬火参数对齿轮心部 硬度的影响分析
青海华鼎实业股份有限公司 （西宁 !"##$"） 刘志锋 黄宝宏
我分厂为陕西秦川机械发展有限公司秦川齿轮厂加 油。
工的发电机组 !"#$%&’ 系列的大齿轮，其分度圆直径 ()’**、厚度 +,’**、模数 ! - (，单件重量约 .&’/0， 材料 1’23145%6。其化学成分为： "2 - ’7+.8 9 ’71:8； ";5 - ’71’8 9 ’7%’8； "<= - ’7:’8 9 ’7,’8； "23 +71&8 9 +7.&8； "45 - :71&8 9 :7.&8； "; ! ’7’%8， " >!’ 7 ’% 8 。由于该齿轮螺纹连接孔要求精密配合，故 在渗碳、淬火后，需要精加工，因而其心部硬度要求为 :& 9 %’?@2。