淺談齒輪滲碳后淬火的質(zhì)量分析

1、   淺談齒輪滲碳后淬火的質(zhì)量分析門  強（大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司山西大同） 摘要：通過對齒輪滲碳淬火后出現(xiàn)質(zhì)量問題的分析和處理，論述了齒輪淬火產(chǎn)生缺陷的原因，提出了控制淬火過程和合理選用淬火介質(zhì)應(yīng)該注意的一些問題。關(guān)鍵詞：齒輪冷卻速度淬火介質(zhì)淬火缺陷 1  齒輪滲碳淬火常見質(zhì)量問題（1）淬火后硬度不足、硬度分布不均勻、硬化深度不夠；（2）淬火后心部硬度過高；（3）淬火變形超差；（4）淬火開裂；（5）油淬后表面光亮度不夠。這類質(zhì)量問題的出現(xiàn)往往與齒輪的材質(zhì)、前處理、淬火加熱、滲碳碳勢和淬火冷卻有關(guān)。在排除材質(zhì)、前處理和加熱滲碳中的問

2、題后，淬火介質(zhì)及相關(guān)技術(shù)的作用就特別突出了。近年來國外對淬火冷卻問題的研究證明，它是提高熱處理質(zhì)量最值得注意的問題。滲碳齒輪淬火常用油作冷卻介質(zhì)。因此，下面將首先分析齒輪淬火產(chǎn)生質(zhì)量問題與淬火介質(zhì)特性和用法的關(guān)系，并指出了淬火介質(zhì)冷卻速度的特點。最后介紹了常用淬火介質(zhì)的特點和選用時的注意事項。1.1  硬度不足與硬化層深度不夠淬火冷卻速度偏低是造成齒輪淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不夠的原因，冷卻偏低又可以分為高溫階段冷速不足、中低溫階段冷速不足以及低溫階段冷速不足等情況。如對于中小齒輪，淬火硬度不足往往是中高溫階段冷速不足所致，而模數(shù)大的齒輪要求較深淬硬層時，提高低溫冷卻速度就非

3、常必要了。對于淬火用油，一般說，油的蒸氣膜階段短、中溫冷速快、低溫冷卻速度快，往往能獲得高而且均勻的淬火硬度和足夠的淬硬深度。工件裝掛方式對淬火冷卻效果也有明顯影響。要使淬火油流動通暢，并配備和使用好攪拌裝置，才能得到更好的冷卻效果。提高淬火介質(zhì)的低溫冷卻速度，可以增大淬硬層深度。在滲層碳濃度分布相同的情況下，采用低溫冷卻速度高的淬火油，往往獲得更深的淬火硬化層，因此，采用冷卻速度快的淬火油，縮短滲碳時間，也能獲得要求的淬硬層深度。要求的滲碳淬硬層深度越大，這種方法縮短滲碳時間的效果越明顯。1.2  淬火后心部硬度過高這類問題主要與原材料淬透性、所選淬火油冷速過快或其低溫冷卻速度過高

4、有關(guān)。解決辦法之一是更換淬火油。辦法之二是加入適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣斫档痛慊鹩偷闹械蜏乩鋮s速度。辦法之三是改用淬透性更低的鋼種。1.3  淬火變形問題引起變形的原因主要為冷卻速度不足和冷卻不均勻，比如，齒輪的內(nèi)花鍵孔變形，往往是所選的淬火油高溫冷速不足，或者說油的蒸氣膜階段過長的緣故。提高油的高溫冷速并提高油在整個冷卻過程的冷速，一般就能解決內(nèi)花鍵孔的變形問題。對于中小齒輪，尤其是比較精密的齒輪，選用等溫分級淬火油是控制變形必不可少的措施。1.4  齒輪的淬火開裂問題這個問題主要出現(xiàn)在感應(yīng)加熱淬火中。選擇合適的淬火介質(zhì)很重要，比如采用PAG類淬火介質(zhì)代替原來使用的自來水，問題便解決

5、了。感應(yīng)加熱淬火采用PAG介質(zhì)?？梢垣@得高而均勻的淬火硬度和深而穩(wěn)定的淬硬層，淬裂危險極小。1.5  光亮問題有這方面要求的場合，應(yīng)當(dāng)選用光亮淬火油或快速光亮淬火油。不過光亮淬火油的光亮性好但冷卻速度不夠高，而冷卻速度很高的淬火油則光亮性不夠好。此外，熱油的光亮性一般也較差，可以換新油或補加提高光亮性的添加劑。2  齒輪用淬火介質(zhì)的選擇當(dāng)前齒輪淬火的介質(zhì)主要包括各種淬火油，水溶性淬火介質(zhì)和普通自來水。以下討論齒輪淬火介質(zhì)的選擇和注意事項。2.1  自來水自來水是最經(jīng)濟(jì)而又清潔的淬火介質(zhì)。一些含碳量低"淬透性差且形狀簡單齒輪的調(diào)質(zhì)淬火和感應(yīng)加熱淬火、可用自

6、來水冷卻。自來水的冷卻特性是；工件處于高溫階段時冷得很快、低溫階段冷卻得也很快。冷卻速度快可以使淬透性差和尺寸較大的工件淬硬。但是、用自來水淬火有三大缺點、第一是低溫冷卻太快使多數(shù)鋼種和工件容易發(fā)生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快、細(xì)長或薄壁的工件容易因為入水方式不當(dāng)而發(fā)生淬火變形。第三是隨著水溫升高、蒸氣膜階段會增長、且工件處于中低溫階段時的冷卻速度也逐漸降低。因此當(dāng)工件采取較密集的堆放方式入水淬火時、水穿過外圍工件時溫度會升高。堆中的工件接觸的水溫較高。致使堆內(nèi)、外工件的淬火冷卻效果不同。外部的工件冷卻快、淬火后硬度高、并容易淬裂。堆放在內(nèi)部的工件冷卻慢、淬火后硬度低。工件堆放得越密集、淬

7、火時水的流動越不通暢、這種差別就越大。這一缺點使自來水不適用于淬密集堆放的小工件。使用油淬火時、油溫提高、冷卻的蒸氣膜階段稍有縮短、而油溫升高使油的粘度降低流動性變好、有利于提高油的冷卻速度、能使堆放得較密集的工件內(nèi)外冷卻效果基本一致。應(yīng)當(dāng)說、這是用油淬火的一個優(yōu)點。選用自來水作為淬火液時、應(yīng)當(dāng)知道它的優(yōu)點和缺點。用好它的優(yōu)點、而避免它的缺點。設(shè)法控制好水的溫度。采取堆放方式淬火時、要設(shè)法使工件堆放得疏松一些、并通過攪動促使淬火液通暢地從工件之間流過、以減小內(nèi)部的水溫差。2.2  水溶性淬火介質(zhì)自來水作為淬火介質(zhì)的最大缺點是其低溫冷卻速度太快、使多種鋼制的工件容易淬裂。引起鋼件淬裂的

8、主要原因是水在馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度。Ms點及其以下的溫度范圍冷卻得過快。由于這樣的原因、研究開發(fā)水溶性淬火介質(zhì)的第一目標(biāo)就是降低水的低溫冷卻速度。考慮到多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的Ms點在300附近、通常就以工件冷卻到300時水溶性淬火液的冷卻速度、即所謂300冷卻速度來表示該淬火液的冷卻性能。通?？梢杂盟源慊鸾橘|(zhì)的300冷卻速度來對該介質(zhì)定級、以便熱處理工作者選用。簡單說、水性淬火液的300冷卻速度低、其防止工件淬裂的能力就強300的冷卻速度高、其淬硬能力也高、當(dāng)然工件的淬裂傾向也大。因此、選擇水溶性淬火介質(zhì)首先應(yīng)當(dāng)了解它的300冷卻速度。同類淬火介質(zhì)品種中、得到相同的300冷卻速度時的濃度越低、其使用成本也

9、就越低。水溶性淬火介質(zhì)品種很多、不同品種有不同的特性。PAG類介質(zhì)冷卻特性可調(diào)、濃度測控容易。它既適用于整體淬火、也適用于各類感應(yīng)加熱淬火、且能長期穩(wěn)定地使用、因而受到普遍歡迎、成為當(dāng)前國內(nèi)外熱處理界使用得最廣泛的水溶性淬火介質(zhì)。由于液溫對冷卻特性影響較大、使用水溶性淬火介質(zhì)時應(yīng)當(dāng)配備好循環(huán)冷卻系統(tǒng)、以便在使用中調(diào)節(jié)液溫、一般說、在水溶性淬火液中淬火時、工件也不宜在密集堆放條件下入水、以免造成內(nèi)外工件明顯不同的淬火效果。2.3  普通機械油工廠熱處理生產(chǎn)中使用得最多的普通機械油是N32機油(原20號機油)和N15機械油(原10號機油)。作為淬火介質(zhì)、這類機油的特性是、在工件高溫階段蒸

10、氣膜時間較長、淬火冷卻速度不高、且低溫冷卻較慢。油的蒸氣膜階段長、工件高溫階段的冷卻慢、可能出現(xiàn)的問題是低碳鋼制的工件容易發(fā)生先共析鐵素體轉(zhuǎn)變而形狀復(fù)雜的工件、比如帶花鍵孔的齒輪等又特別容易變形。在中"低溫階段冷卻慢、使比較大的工件不易淬硬或淬硬層深度不足并因此發(fā)生淬火變形。普通機油的抗氧化能力差、使用中容易老化變質(zhì)、老化變質(zhì)的油粘度升高低溫冷卻速度降低。影響工件的淬火后的硬度和硬化深度、且淬火變形增大。粘度提高和產(chǎn)生油泥渣往往給淬火后的清洗造成困難、也使油的消耗量增大。2.4  專用淬火油專用的淬火油一般分為普通淬火油"快速淬火油"等溫分級淬火油。也簡

11、稱熱油，"真空淬火油以及光亮淬火油等類。專用淬火油的熱穩(wěn)定性能較好、能更好地保證工件的淬火質(zhì)量。專用淬火油都具有蒸氣膜階段短的特點、因而使工件在高溫階段能冷卻得更快。其中快速淬火油的最高冷卻速度都比較高、中低溫階段的冷卻速度快慢則因淬火油的不同品種而有較大差別。熱油在冷卻特性上的特點是蒸氣膜階段更短、但低溫階段冷卻較慢?？焖俅慊鹩椭饕糜谏院翊蟮墓ぜ痛阃感陨缘偷匿摲N。熱油主要用于較小型的工件和淬透性較好的鋼種。應(yīng)該說、任何淬火油都有適合它的工件。一般說、淬火油的蒸氣膜階段短、中溫階段冷卻得快"低溫階段冷卻速度大、這種油的冷卻能力就很強、它的適用范圍就廣。不少油淬工件的變形是與它的淬火硬度不足和淬硬深度不夠同時出現(xiàn)的。而改用這種適應(yīng)范圍廣的淬火油。往往能同時解決工件的變形"硬度不足和淬硬深度不夠等問題、淬火油的蒸氣膜階段短。也就是油的高溫階段冷卻得快；這一特點有利于防止先共析鐵素體的析出。也有利于防止帶內(nèi)花鍵齒輪的變形；簡單說。淬火油總的冷卻速度高。有利于獲得較深的淬火硬化層；但從冷卻速度分布上分析。除中。高溫階段要求冷卻得快以外。油的低溫冷卻速度高低對獲得的淬硬層深淺作用更大；低溫冷卻速度越高。淬火硬化層往往越深。攪動淬火油可以提