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

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：通過在相同回火溫度條件下，對滲碳件分別進行1h、2h、3h、大于4h的回火，并在相同回火時間條件下，對滲碳件分別進行150℃和185℃回火，對其表面硬度、心部硬度、金相組織和硬化層硬度梯度進行了檢測分析。結果表明：溫度相同條件下，1h、2h、3h和大于4h的回火時滲碳件（8620RH材質）的性能及組織沒有明顯差異； 時間相同條件下，150℃回火后半齒高處的硬度比185℃回火的高50～60HV，同時臺架試驗壽命也有明顯改善。

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越惡劣，對產品性能的要求越來越高，我們一方面改進設計，另一方面通過工藝改進來應對。為改善重載齒輪（材質8620RH）的抗點蝕能力，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. 試驗過程及主要參數

（1）采用不同回火時間回火（回火溫度相同）在生產現場隨機抽取同一批熱前零件，先經過滲碳處理，之后分別經過1h、2h、3h、連續爐回火（大于4h），其熱處理參數見表1。

（2）采用不同回火溫度回火（回火時間相同）在生產現場隨機抽取同一批熱前零件，先滲碳處理，之后分別經過150℃和185℃回火，其熱處理主要參數見表2。

2. 檢測結果

（1）不同回火時間下的檢測結果經過不同時間回火工藝處理后，對其表面硬度、心部硬度、金相組織、層深及其硬度梯度進行了檢測，其結果見表3和圖1、圖2。

（2）不同回火溫度下檢測結果經過不同溫度回火工藝處理后，對以上參數進行檢測，其結果見表4和圖3、圖4。

（3）臺架疲勞試驗不同回火溫度、相同試驗條件下進行臺架疲勞試驗，結果見表5。

3. 結果分析

表2　不同回火溫度下（時間相同）熱處理主要參數

由表3可看出，經過不同時間回火處理后，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30～45HRC、D點大于25HRC、金相組織A～E級的技術要求。由圖1可看出，不同回火時間條件下，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氣氛比半齒高處差一些所致。由此可知，不同回火時間條件下，滲碳件的性能及組織沒有明顯差異。

由表4可看出，經過不同溫度回火處理后，零件的心部硬度、金相組織、滲碳層深無明顯差異，且滿足滲碳層深0.84 ～1.34mm、心部硬度C點30～45HRC、D點大于25HRC、金相組織A～E級的技術要求；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，這與表面硬度的結果差異是一致的。靠近齒根部，滲碳氣氛比半齒高處差一些，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，表層高碳馬氏體發生分解，從馬氏體中析出ξ-碳化物，在ξ-碳化物周圍的馬氏體中形成貧碳區（碳量仍過飽和），遠離ξ-碳化物的馬氏體區含碳量仍不變。隨著回火溫度的升高，185℃回火時，碳原子進行較長距離擴散，隨著碳化物的析出，馬氏體碳濃度均勻降低，發生連續式分解，硬度降低。

在一定的硬度范圍內，硬度越低，對重載齒輪嚙合的抗點蝕能力越低。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，有利于抗齒面點蝕，這點從表5中的試驗數據也可以得到驗證。較低溫度回火后，零件出現點蝕的時間及點蝕出現后的擴展速度均得到了極大改善。

圖1　不同回火時間（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（時間相同）處理后層深（齒根處）硬度梯度曲線

表3　不同回火時間（溫度相同）處理后的檢測結果

表4　不同回火溫度（時間相同）處理后的檢測結果

表5　不同回火溫度（時間相同）處理后的臺架疲勞試驗

20150118

作者簡介：張曉田、陳紅，陜西法士特齒輪有限責任公司，主要研究方向為材料及熱處理。