閆立濤

摘要：采用汽車齒輪毛坯二次等溫正火，對(duì)滲碳淬火金相組織和硬度影響進(jìn)行了分析，得出毛坯二次等溫正火狀態(tài)下的齒輪滲碳淬火后，無(wú)明顯帶狀組織存在，同一水平線心部硬度均勻，無(wú)明顯黑相存在，殘余奧氏體級(jí)別小，有效硬化層均勻。

1.前言

汽車齒輪毛坯的正火常常影響滲碳淬火金相組織和硬度，導(dǎo)致廢品率較高。我們通過(guò)對(duì)汽車齒輪毛坯的質(zhì)量抽檢，發(fā)現(xiàn)毛坯廠家有時(shí)供給的鍛坯正火組織級(jí)別、晶粒度級(jí)別、帶狀級(jí)別和硬度超差不符合要求，這種毛坯加工的齒輪滲碳淬火后，金相組織不均勻。對(duì)毛坯進(jìn)行二次等溫正火試驗(yàn)，經(jīng)二次等溫正火后毛坯金相組織級(jí)別符合技術(shù)要求，齒輪滲碳淬火后金相組織比較均勻，硬度散差較小。本文針對(duì)汽車后橋從動(dòng)錐齒輪2402037H1H試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，確定了毛坯二次等溫正火對(duì)滲碳淬火金相組織和硬度的影響。

2402037H1H毛坯材料為22CrMoH。試驗(yàn)工藝：二次等溫正火，高溫爐內(nèi)940℃保溫2h，空冷（中速）至640℃左右，放入640℃低溫爐等溫2h后，出爐空冷。滲碳淬火，連續(xù)爐滲碳溫度930℃，滲碳16h，840℃淬火。

2.滲碳淬火金相組織

2.1帶狀組織

將二次等溫正火毛坯加工的齒輪經(jīng)滲碳淬火處理，試樣腐蝕后顯微鏡下發(fā)現(xiàn)心部無(wú)帶狀存在。而鍛件毛坯加工的齒輪滲碳淬火后，發(fā)現(xiàn)心部有帶狀存在。

2.2黑相組織

二次等溫正火毛坯加工齒輪經(jīng)滲碳淬火后，顯微鏡下對(duì)切齒HV550處組織放大400倍觀察，發(fā)現(xiàn)切齒組織無(wú)明顯黑相存在。通過(guò)觀察鍛件毛坯加工的齒輪經(jīng)滲碳淬火處理，發(fā)現(xiàn)切齒HV550處組織有明顯黑相存在。

2.3馬氏體及殘余奧氏體級(jí)別

二次等溫正火毛坯加工的齒輪經(jīng)滲碳淬火，切齒試樣腐蝕后顯微鏡下觀察，金相組織級(jí)別稍低。鍛件毛坯加工的齒輪直接滲碳淬火處理后，切齒試樣金相組織級(jí)別稍高。

2.4同一水平線上有效硬化層

二次等溫正火毛坯加工的齒輪經(jīng)滲碳淬火處理后，對(duì)切齒試樣同一水平線上打有效硬化層，發(fā)現(xiàn)有效硬化層均勻，同一水平線均為1.8mm。鍛件毛坯加工的齒輪滲碳淬火處理后，切齒試樣有效硬化層不均勻，同一水平線層深為1.7mm或1.9mm。

4.討論分析

4.1通過(guò)毛坯二次等溫正火試驗(yàn)表明，毛坯二次加熱到奧氏體化溫度過(guò)程中，奧氏體晶粒緩慢長(zhǎng)大，當(dāng)溫度達(dá)到940℃保溫2h后，組織完全奧氏體化，采用先快速冷卻到640℃，再用稍慢的速度等溫冷卻，在一定溫度范圍的等溫冷卻過(guò)程中，較易得到平衡狀態(tài)的鐵素體和珠光體組織，這種受稍慢等溫冷卻的影響，組織顆粒均勻較細(xì)，達(dá)到了細(xì)化晶粒的作用。同時(shí)在高溫完全奧氏體化過(guò)程中，一方面鐵素體和珠光體互溶，擴(kuò)溶了部分帶狀組織，另一方面部分長(zhǎng)大的奧氏體晶粒產(chǎn)生形核裂解，最后形成較均勻的奧氏體晶粒，在快速冷卻階段，消除了部分帶狀組織，使帶狀組織級(jí)別變小。

4.2由于高溫對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小，高溫下奧氏體快速冷卻時(shí)，容易形成粒狀貝氏體組織。二次等溫正火組織中珠光體硬度稍低，鐵素體硬度最低，我們認(rèn)為用550-650℃等溫來(lái)緩慢地轉(zhuǎn)化組織，會(huì)得到均勻較細(xì)的珠光體和鐵素體，硬度可以達(dá)到160-190HB的范圍內(nèi)，從而使硬度均勻化，硬度散差變小。

4.3通過(guò)對(duì)二次等溫正火的齒輪滲碳淬火金相分析，該狀態(tài)加工的齒輪在920～930℃溫度滲碳下，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼在此溫度下晶粒不會(huì)過(guò)分長(zhǎng)大。通常在滲碳過(guò)程中，齒輪表面也會(huì)均勻地吸附活性[C]，并不斷向內(nèi)擴(kuò)散，當(dāng)表面含碳量超過(guò)1.05%，就會(huì)析出飽和的碳，從而對(duì)淬火殘余奧氏體數(shù)量產(chǎn)生影響，形成較多殘余奧氏體，反之形成殘余奧氏體數(shù)量較少。在齒輪表面[C]以均勻的滲速向內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程中，齒輪滲碳層往里組織的變化主要是基體組織的轉(zhuǎn)變。通過(guò)淬火后組織轉(zhuǎn)變成了M+A，由于二次等溫正火細(xì)化了晶粒的作用，再加上齒輪表面滲碳濃度不高，淬火得到的M+A組織的馬氏體針長(zhǎng)較短，殘余奧氏體數(shù)量較少。

4.4由于滲碳溫度對(duì)預(yù)先熱處理的影響較小，二次等溫正火已經(jīng)改善了毛坯帶狀級(jí)別，淬火后組織形成大量的針狀馬氏體和少量的殘余奧氏體，遮掩了微小帶狀組織的形態(tài)，顯微鏡下放大400倍不易觀察到帶狀存在。滲碳過(guò)程只是對(duì)表面碳濃度的改變，心部組織淬火后主要取決于原材料和二次正火后的組織狀態(tài)，心部硬度也常常一樣。黑相主要是屈氏體和貝氏體混合物，它常常是在正火過(guò)程中冷卻較快形成，通過(guò)二次等溫正火工藝，較易消除這種組織。如果不采用二次等溫正火改善，這種黑相組織經(jīng)滲碳淬火后常?！斑z傳”到滲碳淬火組織中。

5.結(jié)論

5.1毛坯二次等溫正火影響齒輪的滲碳淬火，能改善齒輪滲碳淬火帶狀組織。

5.2毛坯二次等溫正火能改善齒輪滲碳淬火同一水平線上的心部硬度。

5.3毛坯二次等溫正火對(duì)齒輪滲碳淬火能減小針狀馬氏體和殘余奧氏體級(jí)別、減少黑相組織以及減少有效硬化層散差。