关于渗碳齿轮有效硬化层的探讨

关于渗碳齿轮有效硬化层的探讨李学伟(黑龙江科技学院,黑龙江鸡西158105)摘要:通过理论分析和试验结果,讨论了几种典型渗碳齿轮用钢,采用不同淬火工艺参数对有效硬化层的影响,探讨了有效硬化层和金相法测量的渗碳层深度之间的关系,为齿轮现场生产检测提供了一定的参考依据。关键词:有效硬化层;渗碳层深度;金相法1引言目前,国际上普遍采用有效硬化深度作为各种硬化件的设计计算渗层深度,为此我国对渗碳件制定了相应的国家标准GB9450—88《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核》,与传统金相法测量的渗碳层相比,硬度法测量的有效硬化层不仅能真实地反映出渗碳件的渗层的机械性能,而且也能反映渗碳和淬火的质量。但由于其测量深度对试样的要求高,检验周期长,不适合炉前快速检验和对渗碳件的实时控制。因此本文对影响渗碳淬火有效硬化层深度的因素进行试验和分析,并寻找在一定条件下有效硬化层深度与金相法测量的渗层深度的关系,以便为炉前渗碳质量控制提供一定的参考依据。2试验材料与方法试验选用18Cr2Ni4WA、18CrMnNiMoA、20CrMnTi3种齿轮渗碳用钢,其化学成分如表1所示。采用3种钢材的齿形试块分别在RQ2-90-9井式气体渗碳炉中渗碳,其中18Cr2Ni4WA钢和18CrMnNiMoA钢采用900℃强渗,930℃扩散两段气体渗碳工艺,渗剂为煤油和甲醇;20CrMnTi钢采用900℃普通气体渗碳工艺,渗剂为煤油。渗碳后的淬火工艺参数和试验结果如表2、表3、表4所示。其中有效硬化层深度采用HX—1000显微硬度计测定,渗层深度采用XJG-04大型金相显微镜测定。3试验结果及分析3.1材料的影响从试验数据可以看出,3种渗碳钢的有效硬化层都比金相法测量的渗层深度浅,并且在同一工艺条件下,18Cr2Ni4WA比18CrMnNiMoA钢的有效硬化层深度稍深,其原因主要是对于一定渗碳浓度分布的零件,其硬度分布取决于渗碳层和心部的淬透性,即材料的淬透性越高,有效硬化层越深。与20CrMnTi钢相比,18Cr2Ni4WA和18CrMnNiMoA钢因它们合金含量较高,心部具有较高的淬透性,但在渗层中只有Ni元素不形成碳化物,提高渗层淬透性,而18CrMnNiMoA钢中Ni含量仅为18Cr2Ni4WA钢的1/3。所以18Cr2Ni4WA钢渗层的淬透性高于18CrMnNiMoA钢,有效硬化层深度也稍深。3.2淬火温度和保温时间的影响由试验数据可见,对同一种材料试块渗碳后,随着淬火温度升高,保温时间延长,其有效硬化层深度也加深。这是由于碳在奥氏体里的扩散决定于它的扩散系数和浓度梯度。而淬火温度升高,扩散系数增大,碳在奥氏体中的扩散能力就越强。在同一温度下,保温时间越长,其扩散深度也越深,因此有效硬化层深度也越深。3.3淬火冷却介质等的影响由试验数据可知,在其他条件相同时,有效硬化层还与淬火介质和试样尺寸有关。由于油的冷却能力较水的要弱,在淬火时将得到较少的马氏体,而水冷则会得到较多的马氏体,硬度也较高,因此其有效硬化层也较深。而试样尺寸越大,冷却速度就越慢,淬火后得到的马氏体数量也越少,所以其有效硬化层深度也越浅。3.4淬火方法的影响从不同试样的二次淬火的试验数据中可以看出,增加一次淬火,碳就增加了一次往心部扩散的机会,有效硬化层深度就有增加的趋势。