滲碳齒輪內(nèi)氧化控制技術(shù)探討

陳雪峰

（江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司,江蘇 鹽城 224000）

滲碳齒輪內(nèi)氧化控制技術(shù)探討

陳雪峰

（江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司,江蘇 鹽城 224000）

基于在滲碳過程中齒輪容易出現(xiàn)較深的內(nèi)氧化的現(xiàn)象，文章將對滲碳齒輪內(nèi)氧化的控制技術(shù)方面進(jìn)行闡述。

滲碳齒輪 內(nèi)氧化 控制技術(shù)

1 研究背景

風(fēng)電行業(yè)的興起，增速機內(nèi)的各種齒輪零件在滲碳處理過程中出現(xiàn)內(nèi)氧化的問題也被逐漸被得到重視。內(nèi)氧化是指滲碳鋼在滲碳過程中雖然鐵元素未滿足氧化條件，但其中的合金元素如Cr、Mn、Si、Ti滿足氧化條件形成合金氧化物，從而使?jié)B碳鋼表層出現(xiàn)須狀或點狀的脆性氧化，該氧化物的產(chǎn)生會嚴(yán)重降低工件的疲勞強度。。對于增速機齒輪箱內(nèi)的行星齒輪而言，其自身有著較大的承載力，在長時間的運轉(zhuǎn)之下，會有疲勞源在行星齒輪的表面出現(xiàn)，從而出現(xiàn)斷裂失效的情況。同時，區(qū)域合金元素會在內(nèi)氧化之后逐漸減少，此時鋼的淬透性會因為受到影響而下降。因而，我們必須在滲碳的過程中對內(nèi)氧化的程度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便將增速機齒輪箱使用的穩(wěn)定性和壽命逐步提高。

文章主要研究的是18CrNiMo7-6材料的增速機齒輪箱中一級行星輪內(nèi)氧化的深度，通過在沒有將其他條件改變的情況下對滲碳的擴散期碳勢手段進(jìn)行了改變，對齒輪內(nèi)氧化的程度進(jìn)行分析，以便將內(nèi)氧化控制預(yù)防的措施找出來，有利于將滲碳齒輪內(nèi)氧化的超標(biāo)問題解決掉。

2 研究的方法和使用的材料

2.1 使用的實驗材料

基本的齒輪參數(shù)是：Φ428毫米的齒頂圓直徑、Φ310毫米的內(nèi)孔徑、180毫米的齒寬、顯示為9的法向模數(shù)以及90千克的齒輪重。實驗的樣品是每爐上面所附帶的一個隨爐的終檢齒形樣。在對18CrNiMo7-6的實驗材料使用了原子直讀的光譜儀對化學(xué)成分進(jìn)行檢測以后，18CrNiMo7-6材料化學(xué)元素的含量有所變化。

2.2 實驗的方法

在滲碳過程使用的是江蘇豐東的密封箱式多用爐BBH-5000型，使用DMC50熱處理控制系統(tǒng)，其中所使用的熱處理工藝流程如圖一。經(jīng)過對變量法的控制，在不將其他參數(shù)改變的情況下將擴散期碳勢進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而能夠?qū)?nèi)氧化和碳勢之間的關(guān)系探討出來。在本次實驗操作中筆者所使用的滲碳介質(zhì)是丙烷+RX氣體，利用氧探頭碳勢控制系統(tǒng)經(jīng)過對丙烷流量的自動控制，能夠?qū)U散期內(nèi)的碳勢進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 關(guān)于實驗的結(jié)果和討論分析

3.1 有關(guān)于金相檢驗的結(jié)果分析

因此我們能夠得知，有不同碳勢高低的情況出現(xiàn)在滲碳后半段的擴散期中，其中，最高平均碳勢的是1號爐的試樣，約0.82%C，最低平均碳勢的是3號爐試樣，約0.7%C。從這樣的碳勢控制中我們能夠看出，碳勢值0.7%C顯然低于要求的擴散期的碳勢。

在對3組的試樣分別進(jìn)行金相實驗操作過程中，我們主要需要測量的是碳化物的級別、內(nèi)氧化的深度以及硬化層的層深等（如：表二，滲碳的終試樣檢結(jié)果）。 從中我們能夠知道在不斷升高的擴散期碳勢的情況下，會不斷降低內(nèi)氧化的深度，這主要是因為在碳勢逐漸增加的情況下，會降低爐內(nèi)氣氛中的氧分壓，因而內(nèi)氧化的程度也會隨著被降低；在逐漸升高碳勢的情況下，會增加硬化層的層深，因而在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中不能夠過多的重視碳勢的提高，由于在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)硬化層的層深必須是在2.2-2.5毫米范圍以內(nèi)才能夠被視為有效，因而在1號爐試樣擴散期中碳勢是已經(jīng)同最高限相接近的，若此時進(jìn)一步將碳勢提高，勢必會出現(xiàn)硬化層的層深超標(biāo)現(xiàn)象；因為受到不斷升高的碳勢的影響，會有碳化物在回火后的滲碳組織中析出，以致碳化物最終形成了斷續(xù)網(wǎng)狀和粒狀的，這自然會降低碳化物彌散的程度。

表1

3.2 分析金相組織

分析結(jié)果顯示，1號爐試樣中對內(nèi)氧化深度的控制效果較好，在內(nèi)氧化中沒有明顯惡劣的連續(xù)爪狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成，并且在表現(xiàn)是單根向內(nèi)方向延伸的，形貌上表現(xiàn)出末端分叉，因而其深度良好的控制在15μ m，這相對于技術(shù)文件上所要求的25μ m自然是小于的，因而能夠在后續(xù)磨齒的工序中有效去除那些較薄的氧化層；在2、3號爐的試樣中我們均發(fā)現(xiàn)來了連續(xù)或不連續(xù)的塊狀或網(wǎng)狀的黑色組織在表面存在，這是因為貧合金化元素在受到內(nèi)氧化影響后有屈氏體類的組織形成，我們時常將這一組織統(tǒng)稱為非馬氏體組織，其不但能夠?qū)⒈砻娴哪湍バ院陀捕冉档?，還能夠使疲勞的極限降低。

4 總結(jié)

綜上所述，當(dāng)0.7%C的碳勢在擴散期內(nèi)上升到0.82%C時，其內(nèi)氧化的深度會從原有的22μ m逐漸下降到15μ m，因而筆者在適當(dāng)?shù)膶U散期內(nèi)的碳勢調(diào)高以后，就會對內(nèi)氧化產(chǎn)生抑制作用。通過滲碳控制系統(tǒng)在本次實驗中的應(yīng)用，我們能夠有效的控制住滲碳工藝的相關(guān)參數(shù)，尤其是對于那些與表面的碳濃度而言，能夠嚴(yán)格的將碳勢擴散的趨勢控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。伴隨著增加的碳勢情況，會增加有效硬化層的層深，相應(yīng)的，碳化物也會得到增加。因而筆者認(rèn)為，在當(dāng)前所使用的滲碳工藝中，需要將擴散期內(nèi)的碳勢控制在0.8%C～0.85%的范圍內(nèi)，同時縮短擴散保溫的時間，這樣才能夠有效的減少將擴散期內(nèi)形成的內(nèi)氧化，并確保合理的有效硬化層。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.020