齒輪滲碳中白斑缺陷的診斷與對(duì)策

黃亦雄

摘要：近年來(lái)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，科學(xué)技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)上得到了大量應(yīng)用，在工業(yè)制造效率不斷提高的同時(shí)有效提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。齒輪在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中起著非常重要的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力是經(jīng)過(guò)不同級(jí)數(shù)齒輪的依次傳遞最終在制造中產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，從而達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。齒輪精度的高低會(huì)對(duì)機(jī)械工作效率及其使用壽命產(chǎn)生很大的影響，齒輪精度是由滲碳缺陷的高低決定的，滲碳操作中出現(xiàn)的白斑缺陷會(huì)大大降低其精度。下面就白斑缺陷展開(kāi)討論，主要介紹滲碳工藝、缺陷產(chǎn)生過(guò)程及相關(guān)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：齒輪；滲碳操作；白斑缺陷

齒輪制造過(guò)程中，滲碳工藝是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，滲碳過(guò)程直接決定著齒輪的精度和強(qiáng)度。滲碳是指將已經(jīng)成型的齒輪放在活性炭中，經(jīng)過(guò)一系列的操作使其表面附著大量的活性炭，附著的活性炭越多齒輪的強(qiáng)度就越強(qiáng)，使用壽命也越長(zhǎng)?；钚蕴扛鶕?jù)齒輪各部位的質(zhì)量附著能力也不盡相同，活性炭附著較少的部位就會(huì)出現(xiàn)白斑，就是人們常說(shuō)的白斑缺陷。它的存在將會(huì)使齒輪的壽命大打折扣，因此要盡可能消除白斑缺陷從而提高齒輪質(zhì)量。

一、滲碳過(guò)程大致介紹

在滲碳過(guò)程開(kāi)始前需要對(duì)齒輪稍作處理，將齒輪進(jìn)行初步打磨以便滲碳過(guò)程的順利進(jìn)行。然后開(kāi)始對(duì)齒輪進(jìn)行滲碳操作，此操作完成之后對(duì)齒輪進(jìn)行熱處理，例如淬火處理、回火處理等。之后將齒輪內(nèi)外表面進(jìn)行仔細(xì)打磨，最后一步檢驗(yàn)其抗腐蝕性能，若性能過(guò)關(guān)齒輪就能正常使用。

在這一過(guò)程中，需要注意以下幾方面的內(nèi)容：齒輪的滲碳處理。在滲碳工藝開(kāi)始前，齒輪必須保持清潔，通常工作人員會(huì)用汽油對(duì)其進(jìn)行清洗。在滲碳過(guò)程中還需要對(duì)其進(jìn)行二次清洗，這時(shí)需要注意清洗工作不會(huì)對(duì)活性炭介質(zhì)造成污染，同時(shí)還要保證齒輪各部位活性炭附著均勻；齒輪熱處理時(shí)需要注意的地方。要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的熱處理工藝，防止溫度過(guò)高對(duì)齒輪造成傷害，還要選擇最恰當(dāng)?shù)膴A具，保證齒輪不會(huì)變形；齒輪磨削處理時(shí)需要注意的地方[1]。滲碳后的磨削是二次磨削，此過(guò)程較為細(xì)致，通常需要機(jī)床控制砂輪進(jìn)行該項(xiàng)操作。在使用機(jī)床時(shí)要確認(rèn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入正確，否則會(huì)改變齒輪的大小。

二、白斑缺陷相關(guān)試驗(yàn)及成因概述

（一）各類(lèi)試驗(yàn)相關(guān)介紹

齒輪產(chǎn)生的白斑缺陷通過(guò)肉眼是很難分辨出來(lái)的，需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)才能準(zhǔn)確判定齒輪是否存在白斑缺陷以及缺陷程度。下面主要介紹三種檢驗(yàn)白斑缺陷的試驗(yàn)：利用滲碳劑進(jìn)行白斑檢驗(yàn)。白斑缺陷可與多種類(lèi)型的滲碳劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在試驗(yàn)時(shí)人們常用煤油和甲醇、丙烷和氮?dú)膺@兩類(lèi)組合來(lái)檢驗(yàn)齒輪的滲碳缺陷，這兩組試驗(yàn)結(jié)果大致相同，在工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中需要針對(duì)實(shí)際情況選擇合適的組合進(jìn)行檢驗(yàn)；利用淬火處理進(jìn)行白斑檢驗(yàn)?？諝庋舆t、鹽浴爐都能對(duì)白斑缺陷進(jìn)行鑒定，若齒輪存在白斑缺陷，淬火處理后就會(huì)在其表面產(chǎn)生白色斑點(diǎn)，與滲碳劑相似需要根據(jù)工廠(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況來(lái)選擇最佳的淬火方式[2]；利用清洗劑進(jìn)行白斑檢驗(yàn)。清洗劑對(duì)白斑缺陷有一定的緩解作用，通過(guò)試驗(yàn)可知在用汽油對(duì)齒輪進(jìn)行清洗會(huì)出現(xiàn)少量白斑，用超聲波技術(shù)清洗齒輪會(huì)徹底清除白斑，但后者的經(jīng)濟(jì)成本較高，一般工廠(chǎng)不會(huì)使用該種清洗方式。

（二）缺陷診斷相關(guān)分析與介紹

白斑是對(duì)齒輪缺陷的籠統(tǒng)說(shuō)法，白斑缺陷有更加精細(xì)的分類(lèi)。根據(jù)白色斑點(diǎn)在齒輪上分布的多少及相關(guān)特征，可分為單一白斑和連續(xù)白斑。前者主要分布在齒上，齒頂、齒根隨機(jī)分布，形狀接近于圓形，沒(méi)有清晰的界限之分。后者主要分布在齒面上，呈帶狀分布，顏色為灰白色，具有清晰的界限。

不同類(lèi)別的斑點(diǎn)需要相應(yīng)的冶金技術(shù)對(duì)其形成原因進(jìn)行具體分析，但不同技術(shù)的檢測(cè)原理大致相同，就是通過(guò)檢測(cè)齒輪的硬度達(dá)到檢測(cè)白斑缺陷的目的。主要分析方法有以下兩種：金相分析和顯微硬度分析。兩者都需對(duì)齒輪進(jìn)行解剖，前者是在顯微鏡下觀(guān)察金相片層的組成成分，白斑缺陷的部位其組成成分與正常部位是不同的。后者是通過(guò)特殊儀器對(duì)齒輪片層進(jìn)行硬度測(cè)試，有白斑缺陷部位的硬度比心部高、比滲碳層低，且與過(guò)度層硬度大致相同。

（三）白斑出現(xiàn)的原因概述

單一白斑與連續(xù)白斑產(chǎn)生的原因各部相同，下面對(duì)兩者缺陷分開(kāi)闡述。前者產(chǎn)生白斑的主要原因表現(xiàn)為以下兩方面：滲碳工藝開(kāi)始前，對(duì)齒輪的清洗工作不到位造成對(duì)滲碳介質(zhì)的污染；在滲碳介質(zhì)中一次放入的齒輪數(shù)量太多，導(dǎo)致活性炭不能均勻地附著在齒輪的各個(gè)部位。后者產(chǎn)生白斑有以下幾方面的原因：滲碳后進(jìn)行磨削操作時(shí)，齒輪位置擺放不當(dāng)導(dǎo)致對(duì)其輪廓的磨削不夠?qū)ΨQ(chēng)，從而造成滲碳層缺陷；工作人員對(duì)砂輪沒(méi)有進(jìn)行定期停機(jī)冷卻，造成高溫對(duì)滲碳層的氧化。

三、解決缺陷的有效措施

（一）加強(qiáng)滲碳前對(duì)齒輪的清洗

通常制作齒輪的材料是金屬材料，為防止長(zhǎng)時(shí)間擱置導(dǎo)致生銹，因此齒輪表面會(huì)涂上機(jī)油、防銹油對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，這給滲碳前的清洗工作帶來(lái)很大阻礙。在清洗齒輪使，我們不僅要考慮對(duì)齒面的清潔，齒根也是清洗工作的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的清洗方式不能很好地清洗齒根部位，可引進(jìn)新的清洗技術(shù)和方式來(lái)改善，例如噴淋、漂洗等。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，相關(guān)工作人員可利用超聲波技術(shù)對(duì)齒輪進(jìn)行清洗，這也是目前最先進(jìn)的清洗方式，能最大程度保證齒輪的干凈。

（二）對(duì)滲碳工藝進(jìn)行提升

傳統(tǒng)滲碳工藝不僅需要控制投入到活性炭中的齒輪數(shù)量，還要時(shí)刻關(guān)注溫度等外界因素對(duì)滲碳過(guò)程的干擾，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出現(xiàn)較多的廢品，增加成本的投入。隨著科技的進(jìn)步，真空滲碳方式被人們研究出來(lái)，該方式是利用特殊的儀器將活性炭分離成很多等份，將投入其中的齒輪分別放到分離好的活性炭介質(zhì)中。這樣能夠從根本上解決齒輪滲碳不均勻的問(wèn)題，還排除外界因素對(duì)滲碳過(guò)程造成干擾。真空滲碳技術(shù)的使用，使得工廠(chǎng)不再需要大量的工人，有效提高工作效率的同時(shí)大大提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）對(duì)熱處理工藝進(jìn)行提升

現(xiàn)階段工廠(chǎng)生產(chǎn)的熱處理方式主要是高溫回火，若對(duì)此過(guò)程控制不好會(huì)導(dǎo)致齒輪表面的滲碳層氧化脫落，從而出現(xiàn)白斑缺陷。真空油淬的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，該淬火過(guò)程全程是計(jì)算機(jī)控制相關(guān)數(shù)據(jù)，能將淬火溫度控制在最佳范圍內(nèi)。在對(duì)齒輪雜質(zhì)進(jìn)行剔除的同時(shí)不會(huì)對(duì)其表面的滲碳層產(chǎn)生危害。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述我們可以看出齒輪滲碳工藝的重要性。白斑缺陷的存在會(huì)大大降低齒輪的強(qiáng)度及使用周期，對(duì)工廠(chǎng)生產(chǎn)是非常不利的。在現(xiàn)代的工廠(chǎng)流水線(xiàn)生產(chǎn)中，齒輪幾乎在不停歇地轉(zhuǎn)動(dòng)，若齒輪質(zhì)量太差就會(huì)增加維修人員更換齒輪的頻率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本同時(shí)嚴(yán)重影響工廠(chǎng)正常的生產(chǎn)運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧威，陳娜.滲碳齒輪表面磨削裂紋分析[J].熱處理技術(shù)與裝備，2014，（3）：15-17.

[2]劉海斌，柳巖.齒輪滲碳淬火熱處理變形的分析與改進(jìn)[J].科技視界，2016，（9）：132-132，153.

（作者單位：云南鼎信司法鑒定所）