重載齒輪的熱處理工藝研究范文

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摘要：

通過對18Cr2Ni4WA材料的滲碳、淬火過程的研究，最終制定了采煤機搖臂內所用重載齒輪的熱處理工藝。

關鍵詞：

滲碳；淬火；18Cr2Ni4WA

18Cr2Ni4WA鋼中所含合金總量大于5％而不到10％，屬于高強度中合金鋼，具有良好的綜合力學性能，特別適合制造性能要求高，橫截面比較寬的機械零件，而采煤機搖臂中所使用的重載齒輪就是這樣一類零件。由于采煤機中重載齒輪的熱處理技術要求為表面硬度HRC58－62，硬化層深最高2．3mm，要想達到這么高的硬度和硬化層深度，必須要進行表面滲碳［1］。

1合金元素對

18Cr2Ni4WA的影響表1中表示的為18Cr2Ni4WA中合金元素的含量，由于該鋼種中鎳的含量比較高，且含有一定量的鉻元素，因此該鋼材擁有良好的強韌性和淬透性，但是該鋼種中還含有少量的鎢元素，使該鋼的珠光體轉變起始曲線推遲，導致空冷也會發生貝氏體轉變。在合金滲碳之后，該鋼種滲層內的Ms由之前的300℃降低到100℃以內，經過滲碳空冷后的組織為一部分馬氏體和大量殘余奧氏體，直接影響淬火后的硬度。若要消除空冷產生的殘余奧氏體，必須在保證所需組織不發生相變的前提下高溫回火，促進殘余奧氏體的轉變，從而使得淬火后得到較多的馬氏體，達到技術要求。

2熱處理工藝研究

2．1材料預處理對毛坯進行一次正火，正火溫度為940℃，目的是為了消除毛坯鍛造過程中產生的殘余應力，同時細化晶粒，均勻組織。正火之后會產生大量的殘余奧氏體，為了減少這些殘余奧氏體，可以采用兩個辦法：第一，采用深冷處理來促進奧氏體向馬氏體的轉變；第二，重新進爐回火，通過回火減少連續冷卻轉變過程中產生的殘余應力，促進殘奧向馬氏體的轉變，由于在此轉變過程中又會產生新的應力，故需要多次回火。一般采用第二個辦法。

2．2滲碳

2．2．1滲碳設備滲碳過程所選用的是型號為RQ3－90－9的井式滲碳爐，爐子的電腦控制用的是北京匯捷通科技有限公司的控制儀，可以通過調整煤油和甲醇的滴入量來控制爐內碳勢，從而模擬滲碳過程。

2．2．2滲碳原料本次滲碳使用的原料是煤油和甲醇，煤油作富化氣，甲醇作為調節氣和保護氣氛，考慮到將大量煤油和甲醇裝入高空儲備桶中再通過地下輸送管道滴定壓力可能會不夠，所以直接在井式爐蓋上安裝2個桶，分別盛放甲醇和煤油。

2．2．3滲碳工藝參數的設定滲碳后工件表面碳含量的多少，碳化物的級別對工件的使用有很大的影響（見表2）。如果滲碳過程中碳勢設定過高，滲碳時間過長，則滲碳層很容易形成網狀或大塊狀的碳化物，導致局部淬透性下降，淬火以后形成非馬氏體組織，使滲碳工件的疲勞強度和表面硬度降低，并且降低工件的疲勞壽命和耐磨性。如果滲碳過程中碳勢設定過低，滲碳時間不足，則滲碳層內的碳含量不足以達到淬火后工件設定的熱處理技術要求，導致表面硬度過低，增加工件工作過程中的損耗，造成耐磨性能下降，抗沖擊性能下降，影響齒輪壽命，降低產品質量。由表2中可觀察出，當強滲階段碳勢控制在1．2，擴散階段碳勢控制在0．8的時候，試樣經過檢測，表層內含有彌散分布的小塊碳化物，碳化物級別為1～2級（見圖2），這種狀態下的滲碳層組織比較理想。反觀其他兩個對照組，A1組表層內分布著較大塊的碳化物，經過檢測，碳化物級別為4～5級（見圖1）；C1組表層內零星分布著極小塊的碳化物（見圖3），且表面硬度較低，耐磨性較差。因此工件在滲碳過程中，表面碳質量分數太高或者太低都不理想。

2．3高溫回火由于18Cr2Ni4WA中屬于中合金鋼，其內所含的合金元素促使奧氏體等溫轉變曲線向右平移，間接增加了奧氏體的穩定性，導致滲碳之后空冷滲層中也有較多的殘奧，對淬火有很大影響，所以需要在適當溫度下回火，促進殘奧向馬氏體發生轉變，由于第一次回火過程中部分殘奧轉變為馬氏體，而原先的馬氏體轉變為回火索氏體，為使殘奧盡可能多的發生轉變，必須進行多次回火（見表3）。由表3可以看出，回火一次的平均硬度值為最低，隨著回火次數的增加，淬火后的硬度也增加，但是從第三次回火開始，硬度值的提升越來越小，故綜合產品質量、生產成本、產品周期三方面考慮，最終采用二次回火的方式。

2．4淬火由于金屬材料在不同淬火溫度得到的馬氏體組織和殘奧的含量是不同的，而不同的馬氏體組織、殘奧含量又會表現出宏觀的不同性質，如硬度不同，疲勞強度不同。故選取合適的淬火溫度對于提高齒輪的質量有重大意義。下頁表4中選取不同淬火溫度進行試驗，檢測顯示A3組淬火后，滲碳層分布著較大塊粒狀碳化物，B3組淬火后，滲碳層分布著細小的粒狀碳化物，C3組淬火后，滲碳層分布著極細小的碳化物。

2．5低溫回火在淬火后采用低溫回火的方式進行處理，最終獲得滲碳層為針狀馬氏體＋彌散分布的碳化物＋少量殘余奧氏體，心部為回火板條馬氏體＋少量殘余奧氏體的基體組織，既可以最大限度保留淬火狀態時的硬度，又可以降低淬火使產生的內應力，使工件表面耐磨，心部強度高，綜合性能優秀。

3結語

1）18Cr2Ni4WA鋼滲碳之后，在其表面會生成較多的殘余奧氏體，使用高溫回火的方法可以降低其含量，多次回火效果更好。2）滲碳過程中，強滲階段碳勢控制在1．2％C，擴散階段碳勢控制在0．80％C，能得到比較好的滲層組織，碳化物級別也比較理想。3）淬火溫度的選取決定產品硬度峰值和馬氏體殘余奧氏體級別。

作者：王龍龍 單位：陽泉華越創力采掘機械制造有限公司