■張曉田，陳紅

不同回火工藝下重載齒輪滲碳層性能及組織的差異

■張曉田，陳紅

摘要：通過(guò)在相同回火溫度條件下，對(duì)滲碳件分別進(jìn)行1h、2h、3h、大于4h的回火，并在相同回火時(shí)間條件下，對(duì)滲碳件分別進(jìn)行150℃和185℃回火，對(duì)其表面硬度、心部硬度、金相組織和硬化層硬度梯度進(jìn)行了檢測(cè)分析。結(jié)果表明：溫度相同條件下，1h、2h、3h和大于4h的回火時(shí)滲碳件（8620RH材質(zhì)）的性能及組織沒(méi)有明顯差異； 時(shí)間相同條件下，150℃回火后半齒高處的硬度比185℃回火的高50～60HV，同時(shí)臺(tái)架試驗(yàn)壽命也有明顯改善。

我公司重載齒輪采用滲碳淬火+回火工藝，隨著用戶使用工況越來(lái)越惡劣，對(duì)產(chǎn)品性能的要求越來(lái)越高，我們一方面改進(jìn)設(shè)計(jì)，另一方面通過(guò)工藝改進(jìn)來(lái)應(yīng)對(duì)。為改善重載齒輪（材質(zhì)8620RH）的抗點(diǎn)蝕能力，本研究主要是在不同的回火工藝條件下，分析其表面硬度、硬化層硬度梯度及金相組織的差異，尋找提高齒面硬度的有效途徑。

1. 試驗(yàn)過(guò)程及主要參數(shù)

（1）采用不同回火時(shí)間回火（回火溫度相同）在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取同一批熱前零件，先經(jīng)過(guò)滲碳處理，之后分別經(jīng)過(guò)1h、2h、3h、連續(xù)爐回火（大于4h），其熱處理參數(shù)見(jiàn)表1。

（2）采用不同回火溫度回火（回火時(shí)間相同）在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取同一批熱前零件，先滲碳處理，之后分別經(jīng)過(guò)150℃和185℃回火，其熱處理主要參數(shù)見(jiàn)表2。

2. 檢測(cè)結(jié)果

（1）不同回火時(shí)間下的檢測(cè)結(jié)果經(jīng)過(guò)不同時(shí)間回火工藝處理后，對(duì)其表面硬度、心部硬度、金相組織、層深及其硬度梯度進(jìn)行了檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表3和圖1、圖2。

（2）不同回火溫度下檢測(cè)結(jié)果經(jīng)過(guò)不同溫度回火工藝處理后，對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表4和圖3、圖4。

（3）臺(tái)架疲勞試驗(yàn)不同回火溫度、相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行臺(tái)架疲勞試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

3. 結(jié)果分析

表2　不同回火溫度下（時(shí)間相同）熱處理主要參數(shù)

由表3可看出，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間回火處理后，零件的表面硬度、心部硬度、金相組織、滲碳層深無(wú)明顯差異，且滿足表面硬度58～63HRC、滲碳層深0.84 ～1.34mm、心部硬度C點(diǎn)30～45HRC、D點(diǎn)大于25HRC、金相組織A～E級(jí)的技術(shù)要求。由圖1可看出，不同回火時(shí)間條件下，半齒高處的滲碳層硬度梯度曲線幾乎接近，由表及里平緩下降；由圖2可看出，不同回火時(shí)間條件下，齒根處的滲碳層硬度梯度

曲線也很接近，由表及里逐漸下降，但較半齒高處下降略快，有效硬化層稍淺，這主要是齒根部滲碳?xì)夥毡劝臊X高處差一些所致。由此可知，不同回火時(shí)間條件下，滲碳件的性能及組織沒(méi)有明顯差異。

由表4可看出，經(jīng)過(guò)不同溫度回火處理后，零件的心部硬度、金相組織、滲碳層深無(wú)明顯差異，且滿足滲碳層深0.84 ～1.34mm、心部硬度C點(diǎn)30～45HRC、D點(diǎn)大于25HRC、金相組織A～E級(jí)的技術(shù)要求；但150℃回火的零件表面硬度64HRC，比185℃回火的零件高出3HRC，且超出表面硬度58～63HRC的技術(shù)要求。

由圖3和圖4可看出，不同回火溫度條件下，半齒高處和齒根處的滲碳層深、硬度梯度曲線均有明顯的差異，150℃回火零件的半齒高處有效硬化層硬度梯度明顯高于185℃回火處理件，齒根處的稍高，半齒高處的高出50 ～60HV，這與表面硬度的結(jié)果差異是一致的?？拷X根部，滲碳?xì)夥毡劝臊X高處差一些，滲層碳濃度要低，所以半齒高處的硬度梯度差異更明顯。

滲碳淬火件150℃回火時(shí)，表層高碳馬氏體發(fā)生分解，從馬氏體中析出ξ-碳化物，在ξ-碳化物周?chē)鸟R氏體中形成貧碳區(qū)（碳量仍過(guò)飽和），遠(yuǎn)離ξ-碳化物的馬氏體區(qū)含碳量仍不變。隨著回火溫度的升高，185℃回火時(shí)，碳原子進(jìn)行較長(zhǎng)距離擴(kuò)散，隨著碳化物的析出，馬氏體碳濃度均勻降低，發(fā)生連續(xù)式分解，硬度降低。

在一定的硬度范圍內(nèi)，硬度越低，對(duì)重載齒輪嚙合的抗點(diǎn)蝕能力越低。在不影響其他性能的前提下，150℃回火可有效提高零件硬化層的硬度，有利于抗齒面點(diǎn)蝕，這點(diǎn)從表5中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以得到驗(yàn)證。較低溫度回火后，零件出現(xiàn)點(diǎn)蝕的時(shí)間及點(diǎn)蝕出現(xiàn)后的擴(kuò)展速度均得到了極大改善。

圖1　不同回火時(shí)間（溫度相同）處理后層深（1/2齒高處）硬度梯度曲線

圖3　不同回火溫度（時(shí)間相同）處理后層深（1/2齒高處）硬度梯度曲線

圖2　不同回火時(shí)間（溫度相同）處理后層深（齒根處）硬度梯度曲線

圖4　不同回火溫度（時(shí)間相同）處理后層深（齒根處）硬度梯度曲線

表3　不同回火時(shí)間（溫度相同）處理后的檢測(cè)結(jié)果

表4　不同回火溫度（時(shí)間相同）處理后的檢測(cè)結(jié)果

表5　不同回火溫度（時(shí)間相同）處理后的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)

20150118

作者簡(jiǎn)介：張曉田、陳紅，陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，主要研究方向?yàn)椴牧霞盁崽幚怼?/p>