齒輪滲碳淬火后硬度不均勻的原因及解決辦法

■寇桂巖

滲碳淬火是齒輪熱處理典型工藝，硬度不均勻是熱處理生產(chǎn)常見質(zhì)量問題。因硬度不均勻出現(xiàn)在個別齒輪或齒輪局部，探測度低，又會大幅削減齒輪的使用壽命，是關(guān)注度較高的熱處理質(zhì)量問題之一。

1. 硬度不均勻的原因分析

（1）齒輪表面污染 齒輪滲碳淬火不僅對熱處理前表面潔凈度有要求，爐內(nèi)滲碳過程中表面也不能被污染。

齒輪熱前如有油污、銹蝕，會影響滲碳時碳的有效吸附。預(yù)氧化時油煙較多，不僅會黏附在齒輪表面、阻礙滲碳，還會影響爐內(nèi)滲碳氣氛的穩(wěn)定性。

滲碳過程中要預(yù)防炭黑聚集對滲碳均勻性的影響。除選擇合適滲碳溫度、碳勢外，還要考慮到爐內(nèi)各種影響因素，如溫度飄移、碳勢準確度、氧探頭失控、流量失控、爐內(nèi)局部溫度低、滲碳原輔料不純等現(xiàn)象都會導(dǎo)致炭黑聚集。

（2）溫度、碳勢不均勻的影響 爐內(nèi)溫度不均勻?qū)τ捕炔痪鶆虻挠绊戄^大，爐子的各種意外狀況都會影響到爐溫均勻度，如爐子密封性、中門故障、輻射管故障、料具卡殼等。

碳勢均勻性受到溫度不均勻、爐內(nèi)氣氛的循環(huán)、裝爐密度的影響。爐內(nèi)碳勢低的區(qū)域，滲碳能力下降，該區(qū)域很可能出現(xiàn)滲層淺、硬度低的問題。

（3）冷卻不足 淬火油冷卻性能、清潔度都會影響到淬火質(zhì)量。油攪拌器故障、不合適的裝爐方式都會對淬火冷卻產(chǎn)生影響，造成硬度不均勻問題。

2. 解決措施

（1）避免齒輪表面污染 第一，齒輪熱處理前不能有銹蝕、油污，清洗干凈后進爐；采用熱處理前專用清洗機，提高清洗效果；預(yù)氧化爐定期燒油煙，避免污染齒輪表面和滲碳氣氛。

第二，定期溫度校準。原熱電偶只要求每年進行一次檢定，因檢定允差大、周期長，會出現(xiàn)溫度雖然在檢定要求范圍內(nèi)，但實際溫度已出現(xiàn)較大偏差。我公司現(xiàn)在采用高一級的熱電偶對主控溫進行校準，保證了工藝溫度的準確性。

第三，增加對甲醇、丙烷等原輔料的質(zhì)量檢測，排除原輔料水分等雜質(zhì)對滲碳氣氛穩(wěn)定性的影響。

第四，定期進行燒炭黑操作。在操作過程中，判斷炭黑聚集程度，同時分析炭黑異常的原因。

第五，氧探頭故障判斷。

（2）保證溫度、碳勢均勻性 第一，定期對爐溫進行均勻度測試。

第二，經(jīng)常檢查爐子密封性，尤其是中門密封情況；定期檢測中門密封情況，保證爐溫均勻度要求。

第三，零件從后室到前室淬火過程中，偶爾會發(fā)生動作暫停現(xiàn)象，零件延遲入油。發(fā)生這類現(xiàn)象時，使得爐門附近零件達不到淬火溫度，產(chǎn)生硬度不均的問題，且不易察覺。現(xiàn)在要求零件淬火時必須有人觀察，關(guān)注設(shè)備動作情況和報警記錄。

第四，當(dāng)輻射管出現(xiàn)短路、斷路故障時，爐溫均勻度受很大影響，同時加快炭黑形成速度。除定期維護輻射管外，還要對每根輻射管的使用狀況進行監(jiān)控。如輻射管出現(xiàn)故障，能做到及時更換，及時調(diào)整工藝。

第五，裝爐尺寸不能超長、超寬、超高，不能選擇有裂紋的料具，以防止進出料卡殼。

第六，碳勢不均勻性可以通過零件的滲碳均勻性進行間接檢測。我們要求在工藝變更或設(shè)備大修后進行滲碳均勻性檢測。

第七，對裝爐方法、裝爐間隙進行了規(guī)范，并定期檢測循環(huán)風(fēng)扇和馬弗板狀況，保證碳勢均勻性。

（3）保證淬火冷卻 第一，定期檢測淬火油冷卻特性，保證其冷卻能力。

第二，過濾淬火油中的炭黑、油泥等有害雜質(zhì)，保證油品，穩(wěn)定淬火。

第三，選擇的防滲碳涂料不能污染淬火油。

第四，定期對油攪拌器故障進行檢查，保證淬火充分冷卻。

3. 結(jié)語

出現(xiàn)硬度不均勻問題的原因有很多，貫穿齒輪滲碳淬火整個過程。首先要通過金相手段分析問題發(fā)生在滲碳階段還是淬火階段，然后根據(jù)問題零件的爐內(nèi)分布、數(shù)量、形態(tài)等信息判斷大概屬于哪方面原因，最后排查設(shè)備狀態(tài)、過程控制等細節(jié)，找出硬度不均勻的真正原因。