滲碳齒輪內氧化控制技術探討

陳雪峰

（江蘇豐東熱技術股份有限公司,江蘇 鹽城 224000）

滲碳齒輪內氧化控制技術探討

陳雪峰

（江蘇豐東熱技術股份有限公司,江蘇 鹽城 224000）

基于在滲碳過程中齒輪容易出現較深的內氧化的現象，文章將對滲碳齒輪內氧化的控制技術方面進行闡述。

滲碳齒輪 內氧化 控制技術

1 研究背景

風電行業的興起，增速機內的各種齒輪零件在滲碳處理過程中出現內氧化的問題也被逐漸被得到重視。內氧化是指滲碳鋼在滲碳過程中雖然鐵元素未滿足氧化條件，但其中的合金元素如Cr、Mn、Si、Ti滿足氧化條件形成合金氧化物，從而使滲碳鋼表層出現須狀或點狀的脆性氧化，該氧化物的產生會嚴重降低工件的疲勞強度。。對于增速機齒輪箱內的行星齒輪而言，其自身有著較大的承載力，在長時間的運轉之下，會有疲勞源在行星齒輪的表面出現，從而出現斷裂失效的情況。同時，區域合金元素會在內氧化之后逐漸減少，此時鋼的淬透性會因為受到影響而下降。因而，我們必須在滲碳的過程中對內氧化的程度進行嚴格控制，以便將增速機齒輪箱使用的穩定性和壽命逐步提高。

文章主要研究的是18CrNiMo7-6材料的增速機齒輪箱中一級行星輪內氧化的深度，通過在沒有將其他條件改變的情況下對滲碳的擴散期碳勢手段進行了改變，對齒輪內氧化的程度進行分析，以便將內氧化控制預防的措施找出來，有利于將滲碳齒輪內氧化的超標問題解決掉。

2 研究的方法和使用的材料

2.1 使用的實驗材料

基本的齒輪參數是：Φ428毫米的齒頂圓直徑、Φ310毫米的內孔徑、180毫米的齒寬、顯示為9的法向模數以及90千克的齒輪重。實驗的樣品是每爐上面所附帶的一個隨爐的終檢齒形樣。在對18CrNiMo7-6的實驗材料使用了原子直讀的光譜儀對化學成分進行檢測以后，18CrNiMo7-6材料化學元素的含量有所變化。

2.2 實驗的方法

在滲碳過程使用的是江蘇豐東的密封箱式多用爐BBH-5000型，使用DMC50熱處理控制系統，其中所使用的熱處理工藝流程如圖一。經過對變量法的控制，在不將其他參數改變的情況下將擴散期碳勢進行轉變，從而能夠將內氧化和碳勢之間的關系探討出來。在本次實驗操作中筆者所使用的滲碳介質是丙烷+RX氣體，利用氧探頭碳勢控制系統經過對丙烷流量的自動控制，能夠對擴散期內的碳勢進行調節。

3 關于實驗的結果和討論分析

3.1 有關于金相檢驗的結果分析

因此我們能夠得知，有不同碳勢高低的情況出現在滲碳后半段的擴散期中，其中，最高平均碳勢的是1號爐的試樣，約0.82%C，最低平均碳勢的是3號爐試樣，約0.7%C。從這樣的碳勢控制中我們能夠看出，碳勢值0.7%C顯然低于要求的擴散期的碳勢。

在對3組的試樣分別進行金相實驗操作過程中，我們主要需要測量的是碳化物的級別、內氧化的深度以及硬化層的層深等（如：表二，滲碳的終試樣檢結果）。 從中我們能夠知道在不斷升高的擴散期碳勢的情況下，會不斷降低內氧化的深度，這主要是因為在碳勢逐漸增加的情況下，會降低爐內氣氛中的氧分壓，因而內氧化的程度也會隨著被降低；在逐漸升高碳勢的情況下，會增加硬化層的層深，因而在實際的生產應用中不能夠過多的重視碳勢的提高，由于在規定標準范圍內硬化層的層深必須是在2.2-2.5毫米范圍以內才能夠被視為有效，因而在1號爐試樣擴散期中碳勢是已經同最高限相接近的，若此時進一步將碳勢提高，勢必會出現硬化層的層深超標現象；因為受到不斷升高的碳勢的影響，會有碳化物在回火后的滲碳組織中析出，以致碳化物最終形成了斷續網狀和粒狀的，這自然會降低碳化物彌散的程度。

表1

3.2 分析金相組織

分析結果顯示，1號爐試樣中對內氧化深度的控制效果較好，在內氧化中沒有明顯惡劣的連續爪狀或網狀結構形成，并且在表現是單根向內方向延伸的，形貌上表現出末端分叉，因而其深度良好的控制在15μ m，這相對于技術文件上所要求的25μ m自然是小于的，因而能夠在后續磨齒的工序中有效去除那些較薄的氧化層；在2、3號爐的試樣中我們均發現來了連續或不連續的塊狀或網狀的黑色組織在表面存在，這是因為貧合金化元素在受到內氧化影響后有屈氏體類的組織形成，我們時常將這一組織統稱為非馬氏體組織，其不但能夠將表面的耐磨性和硬度降低，還能夠使疲勞的極限降低。

4 總結

綜上所述，當0.7%C的碳勢在擴散期內上升到0.82%C時，其內氧化的深度會從原有的22μ m逐漸下降到15μ m，因而筆者在適當的將擴散期內的碳勢調高以后，就會對內氧化產生抑制作用。通過滲碳控制系統在本次實驗中的應用，我們能夠有效的控制住滲碳工藝的相關參數，尤其是對于那些與表面的碳濃度而言，能夠嚴格的將碳勢擴散的趨勢控制在標準范圍以內。伴隨著增加的碳勢情況，會增加有效硬化層的層深，相應的，碳化物也會得到增加。因而筆者認為，在當前所使用的滲碳工藝中，需要將擴散期內的碳勢控制在0.8%C～0.85%的范圍內，同時縮短擴散保溫的時間，這樣才能夠有效的減少將擴散期內形成的內氧化，并確保合理的有效硬化層。

[1]梁通,王文先,袁曉丹.滲碳齒輪內氧化控制技術研究[J].機械工程與自動化,2016(03)：106-107.

[2]石萬凱,韓振華,劉向陽,徐建華.機車牽引齒輪的晶界氧化控制及熱處理工藝優化[J].熱加工工藝,2014(04)：153-157.

[3]趙振東.淺論齒輪真空滲碳應用的技術優勢[J].金屬加工(熱加工),2014(11)：11-15.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.020