■ 朱百智

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1. 概述

（1）技術要求 某公司承接了出口機車件行星齒輪軸的來圖加工業(yè)務，材料是4320H，外觀尺寸為φ184mm×727mm，模數是11.56。滲碳淬火技術要求如表1、圖1所示，其引用了AGMA923標準，與國內外通用的標準ISO6336-5相比，增加了齒根層深要求和非馬氏體組織要求，齒根層深與齒面層深比例要求約為0.66（3級齒輪要求），本文以增加齒根滲碳硬化層深為主要目標，對滲碳淬火工藝進行了優(yōu)化。

（2）齒根滲碳硬化層深影響因素 結合有關文獻及筆者的工藝實踐認為，齒根滲碳硬化層深的影響因素包括：①曲率半徑：齒根曲率半徑大于齒面，導致齒根滲碳速度慢于齒面，因此有關標準區(qū)別了齒面和齒根滲碳硬化層深要求提法。②滲碳初期，到溫不同步：齒根有效尺寸大于齒面，滲碳到溫滯后于齒面，齒根實際有效滲碳保溫時間短于齒面，也是齒根滲碳層深低于齒面的主因。③淬火加熱和冷卻環(huán)節(jié)：淬火保溫時間和冷卻不充分，也會降低齒根硬化層深。④原材料淬透性：齒根硬化層深與淬透性正相關，即在相同熱處理條件下，淬透性增加，齒根硬化層深隨之增加。由于條件所限，本文沒有對這一影響因素展開研究和改善。

圖1 齒面和齒根檢測位置示意

2. 工藝方案

行星齒輪軸的滲碳淬火設備為RJ160/550J深井滲碳爐（有效尺寸：φ1600mm×5500mm），裝爐方式如圖2所示。本文設計了三種工藝方案，分別為常規(guī)工藝、淬火優(yōu)化工藝及預滲+淬火優(yōu)化工藝，如表2、表3和表4所示。

表1 滲碳淬火技術參數

圖2 裝爐示意

（1）方案1（常規(guī)工藝）從表2可以看出，常規(guī)工藝的滲碳過程主要包括均熱、強滲、擴散降溫和坑冷等過程，淬火油冷過程開動油槽攪拌器。

（2）方案2 （淬火優(yōu)化）方案2（見表3）在常規(guī)工藝的基礎上，對淬火環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化，主要措施包括：淬火加熱820℃保溫時間由3h延長到4h；以及在油冷過程初期，提高淬火油的流速。

（3）方案3（預滲+淬火優(yōu)化） 如前所述，基于齒根滲碳到溫滯后于齒面，方案3（見表4）在滲碳環(huán)節(jié)增加了930℃預滲（時間：1h，碳勢：0.8%），以縮短二者有效滲碳時間的差距。此外，繼續(xù)采用與方案2相同的淬火優(yōu)化措施。

3. 結果與分析

三種不同工藝方案的結果對比如表5所示。

從表5可以看出，三種工藝方案條件下：

（1）表面硬度、心部硬度、齒面硬化層深及金相組織的指標均滿足技術要求，且無明顯差異。

（2）齒根滲碳硬化層深明顯均淺于齒面，說明曲率半徑對滲碳硬化層深影響顯著。

（3）延長淬火保溫時間，提高淬火油的流速，齒根硬化層深由0.6mm增加到0.98mm，增加了約63%，但沒有滿足技術要求1.27mm。

（4）增加預滲，延長淬火保溫時間，提高淬火油的流速，三者同時作用，齒根層深由0.6mm增加到1.56mm，增加了約1.6倍，齒根層硬化深/齒面硬化層深約為75%，達到了AGMA三級齒輪等級。

4. 結語

（1）由于曲率半徑的差異，齒根滲碳硬化層深明顯均淺于齒面。

（2）增加預滲，延長淬火保溫時間，提高淬火油的流速，三者同時作用，改善效果顯著：①齒根硬化層深由0.6mm增加到1.56mm，增加了約1.6倍。②齒根硬化層深/齒面硬化層深比值約為75%，滿足了AGMA三級齒輪（66%）的要求。

表2 方案1（常規(guī)工藝）

表3 方案2（淬火優(yōu)化）

表4 方案3（預滲、淬火優(yōu)化）

表5 不同工藝方案的結果對比