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        齒輪滲碳層深度超標返修工藝探討

        2022-09-01 13:17:40劉少軍王培科
        金屬加工(熱加工) 2022年8期
        關鍵詞:滲碳碳化物馬氏體

        劉少軍,王培科

        西安煤礦機械有限公司 陜西西安 710000

        1 序言

        采掘機械使用的工況環(huán)境惡劣,齒輪作為關鍵的零件之一,其力學性能直接決定著采掘機械的使用壽命,隨著采掘機械向著高可靠性發(fā)展,對采掘齒輪的性能要求越來越高,一般選用低碳合金鋼,采用滲碳淬火工藝,使齒輪表面耐磨,心部韌性 好[1]。但有時會存在滲碳層深度超標問題,對滲碳層過深一般無法返修,通常作報廢處理。為了挽救損失,降低生產(chǎn)成本,筆者對滲碳層深度超標齒輪的返修進行有益的探索。

        2 試驗材料和方法

        因滲碳設備出現(xiàn)故障,一批26件美標材質(zhì)8210的齒輪在滲碳處理后,檢測隨爐試樣時發(fā)現(xiàn)滲碳層深度為2.6mm,而工藝要求為1.8~2.2mm,隨機選取一件齒輪,經(jīng)解剖檢測,齒輪滲層深度達2.6mm,碳化物級別為5級(工藝要求1~3級)。由此可見,齒輪滲碳層深度及碳化物級別已嚴重超出工藝要求,按常規(guī)熱處理工藝已無法返修[2]。為減少損失,筆者選取兩個齒輪進行退碳、復滲碳淬火處理試驗,返修工藝詳見表1,退碳及滲碳工序均裝隨爐試樣。

        表1 齒輪滲碳層超標返修工藝

        3 試驗結果分析

        3.1 退碳試驗結果

        對退碳隨爐試樣進行剝層試驗及理化檢測,碳含量檢測采用紅外碳硫分析儀LECO CS744檢測[3],表面碳濃度分布如圖1所示。由圖1可見,表面碳含量最低,隨距表面深度的增加,碳含量先升高、后降低。其中,距表0.1mm處wC為0.09%;距表面2.5mm處wC為0.16%;距表面3.7mm處,wC達到峰值為0.27%,心部wC為0.16%,由此可見,距表面垂直距離2.5mm的碳含量與心部組織一致。

        圖1 退碳后隨爐試樣表面濃度梯度

        將已經(jīng)退碳的試樣進行860℃保溫45min油淬后,對試樣進行磨拋后,采用4%硝酸酒精溶液腐蝕后,采用金相顯微鏡OLYMPUS GX71觀察,從組織分析,滲碳層碳化物已消除,表層組織為細小鐵素體加少量貝氏體,深度為2.5mm,其余表層組織為過渡層,距表面1.8mm處組織為中碳馬氏體,心部組織為低碳馬氏體,如圖2~圖5所示。采用顯微硬度計檢測,結果如圖6所示。由圖6可知,表面硬度隨距表面深度的增加先升高后降低,距表面4.0mm處的硬度為476HV(47.5HRC),心部硬度為446HV(43.0HRC)。綜上檢測結果,齒形試樣退碳效果已達到試驗目的。

        圖2 退碳隨爐試樣淬火表面組織

        圖3 退碳隨爐試樣淬火距 表面0.9mm處組織

        圖4 退碳隨爐試樣淬火距表面4.0mm處組織

        圖5 退碳隨爐試樣淬火心部組織

        圖6 退碳隨爐試樣淬火硬度梯度檢測結果

        3.2 復滲碳試驗結果

        對退碳后的隨爐試樣按照表1中工序2經(jīng)復滲碳淬火后,金相組織如圖7、圖8所示。滲碳層深度為1.9mm,碳化物級別為粒狀2級,滲碳層組織為細小粒狀碳化物加隱針馬氏體及少量殘留奧氏體,馬氏體及殘留奧氏體評為2級,心部組織為低碳板條馬氏體。經(jīng)顯微硬度計檢測,該退碳、復滲碳淬火試樣有效硬化層深度為1.9mm,滲碳層硬度梯度平緩(見圖9),試樣表面硬度實測為58.5~59.5HRC。由此可見,經(jīng)退碳、復滲碳淬火后,試樣有效硬化層深度、碳化物級別、馬氏體及殘留奧氏體級別均符合技術要求。

        對兩個退碳、復滲碳淬火齒輪的尺寸檢測,其外形尺寸符合工藝要求。

        圖9 退碳試樣重新滲碳淬火試樣硬度梯度檢測結果

        4 結束語

        經(jīng)過對其余24件齒輪按照以上的返修工藝進行處理,均滿足了技術要求,可見采用退碳、復滲碳淬火工藝是解決滲碳層深度超標問題的一種有效方法。

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