版权音信
做家：顾晓明
单元：常州天山重工呆板灵验公司
起原：《金属加工（热加工）》杂志
大模数重载人字齿轮轴做为轧机中首要的行动与动力传动零件，请求人字齿轮轴具备高的来往强度与抗弯强度，其齿面硬度请求58～62HRC，普遍采纳17CrNiMo6材质，渗碳淬火工艺。当今，重载人字齿轮轴淬火冷却介质广大采纳马上淬煤油，在冷却机能、成本、平稳性，及环保方面具备必然劣势。而硝盐与油比拟，具备诸多上风，本文注意钻研大模数重载人字齿轮轴硝盐淬火工艺。一、热管教技艺请求重载人字齿轮轴如图1所示，零件参数、材质机能参数和化学成份离别见表1、表2、表3。热管教技艺请求为表面硬度58～62HRC，心部硬度35～45HRC，灵验强硬层深4.5～5.0mm，图样请求强硬层深≥2.75mm。表面结构为马氏体3级，心部结构3级，残留奥氏体2级，碳化物2级。热管教原料探测按JB/T.3－《重载齿轮渗碳金相实验》实行。图1重载人字齿轮轴
表1重载人字齿轮轴参数
材质
齿数
法向模数/mm
齿形角（°）
全齿高/mm
螺旋角（°）
17CrNiMo6
34
23
20
54.5
28
表CrNiMo6机能参数（℃）
材质
MS
Ac1
Ac3
17CrNiMo6
表3重载人字齿轮轴化学成份（原料分数）（%）
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
0.19
0.25
0.62
0.
0.
1.60
1.52
0.28
该重载人字齿轮轴渗碳淬火存在如下技艺难点：①强硬层深4.5mm以上，渗碳光阴长，碳化物操纵窘迫。②灵验截面达fmm，油淬不能餍足大截面零件高温冷却速率请求，而盐浴可经过介质温度、含水量的操纵在高温区完结高于油的冷却本领，难点在于公道抉择温度及含水量。③由于零件灵验截面大，盐浴淬火在分级前期盐浴以及后期空气中冷却均较迟缓，相对油而言，淬火后残留奥氏体较多，难点在于怎样抉择符合的工艺，消除残留奥氏体的同时，保证表面、心部取得及格结构。二、实验工艺人字齿轮轴热管教采纳fmm渗碳炉，零件处于炉体重心，齿部与辐射管间隔均等，保证零件加热及冷却中热量传送匀称，减小热应力变形。渗碳淬火工艺采纳从头加热门路，实验盐浴配方为50％KNO3+50％NaNO2，熔点℃，采纳分级淬火门路，即心部结构在盐浴中变化，表面结构在空气中变化，进而减小应力，减小变形。从结构原料、成本方面剖析工艺可行性。工艺弧线如图2～4所示。
图2渗碳工艺弧线
图3渗碳后高温回火工艺弧线
图4淬火回火工艺弧线
三、实验成绩与剖析1.实验成绩实验成绩如表4、表5所示，金相结构如图5、图6所示。实验工艺执行后，存在如下题目：①实质心部硬度31～33HRC，低于技艺请求（35～45HRC）。②f45mm×90mm试样表面硬度58～58.5HRC，偏技艺请求下限。③心部5级游离铁素体结构，呈块状及条状。表４人字齿轮轴热管教实验成绩
碳化物（级）
马氏体及残存奥氏体（级）
心部铁素体（级）
心部晶粒度（级）
实质齿面硬度HRC
1
1
5
7
60～62
内氧化深度/um
脱碳层深度/um
灵验强硬层深度（HV1）/㎜
实质心部硬度HRC
16
26
4.50
31～33
表５人字齿轮轴试样硬度值散布
距表面间隔/mm
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
4.3
4.9
硬度值HV1
图5表面结构
图6心部结构
2.实验成绩剖析
（1）心部不及格
齿轮轴实质心部硬度不够，存在较大批的游离铁素体，铁素体为软性相，心部过多铁素体的存在直接致使心部硬度不够。心部铁素体超标首要由如下几个成分致使：①原材料为3级带状结构，淬火后心部结构呈马氏体与游离铁素体区瓜代散布，如图6所示。带状偏析为C、Mn、Cr、Mo等元素的宏观偏聚，合金含量的缺少将致使奥氏体化临界点Ac3提升至℃以上，在℃奥氏体化前提下，合金成份缺少区将为非彻底奥氏体化，存在未溶铁素体，淬火后未溶块状铁素体将遗传至室温形态；同时由于合金元素缺少，致使淬透机能下落，淬火冷却时由于冷却本领达不到偏析区马氏体造成的临界冷却速率，致使冷却时析出条状铁素体。②含水量0.5%的℃硝盐淬火冷却介质的高温区冷却本领不够。硝盐介质的冷却机能首要由含水量及温度决意，硝盐淬火进程中没有蒸汽膜阶段，高温区冷却速率很快，于是关于厚壁工件能够取得较佳的心部淬火结构。硝盐含水量关于盐浴的冷却机能特地关键，未加水的盐浴其冷却机能较差，经过向硝盐中加水能够大幅提升其高温冷却机能。跟着硝盐温度提升，其冷却机能低沉，但盐温提升又加速硝盐的活动性，能推进冷却，是以抉择符合的盐温及含水量对冷却机能影响显著。渗碳齿轮硝盐含水量普遍操纵在0.4%～1.5%，这次实验盐温（℃）偏高，同时含水量（0.5%）较少，未能大幅提升水盐搀杂介质的汽化热值，致使介质整个高温冷却机能欠安。
（2）试样表面硬度偏低f45mm×90mm试样热管教后表面硬度仅58～58.5HRC，远低于实质齿面60～62HRC，表面硬度不同影响强硬层弧线走势，致使试样灵验强硬层数值不能确实响应实质强硬层数值。由探测数据以及工艺门路可知，硬度偏低主假如由于回火温度较高且光阴较长而至，实质缘故在于试样尺寸较小，其抗回火性较差。关于17CrNiMo6渗碳齿轮而言，普遍低温回火温度高于℃后将造成显然的高碳马氏体软化形势，在～℃区间回火，跟着光阴的拉长，高碳马氏体软化不显然。实验工艺是专为零件实质而制订，由于硝盐淬火奥氏体平稳化严峻，淬火后存在一天命量的残奥，回火温度必需到达℃才能够使残留奥氏体变化。该工艺门路尽管回火温度高、光阴长，但由于零件灵验截面大，须要很万古间才可彻底烧透，其回火后零件仍可到达60HRC以上，但该工艺对小截口试样却不实用。f45mm试样回火4h便可到达回火方针，现实上回火光阴长20h，高碳马氏体软化显然。（3）表面结构当今国内关于17CrNiMo6材质零件，思量到合金元素含量较高档缘故，在其渗碳后广大采纳高温回火管教，其方针在于：①低沉淬火后残留奥氏体量。②对断续细网状碳化物举办球化管教。③消除渗碳后空冷造成的马氏体结构遗传效应，细化表面晶粒。④消除应力，减小变形。从实验成绩来剖析，碳势值配置为0.65%，4段渗碳法，强扩比削减至1.2～1.5，表层淬火后无看来碳化物，注明经过灵验的渗碳工艺手法能够处分表面碳浓度操纵窘迫。实验渗碳出炉温度为℃，处于17CrNiMo6两相区内，此时出炉相当于空淬，致使表面造成马氏体或下贝氏体结构。由于马氏体结构遗传效应，从头加热时其表面马氏领悟进一步长大，造成粗针马氏体，于是℃出炉必需举办高温回火管教，但这就造成成本增添，临盆周期拉长。若将出炉温度低沉至℃，由于零件在炉内退火冷却，表面、心部均取得均衡结构，从头加热时形核率增大，表面奥氏体晶粒细化。经过℃出炉工艺能够消除结构遗传效应，细化结构，到达高温回火方针，替换高温回火工艺。四、工艺优化基于以上阐述，对重载人字齿轮轴举办如下工艺优化：（1）取缔渗碳后高温回火管教，经过渗碳工艺手法防范表面造成超标碳化物，渗碳℃出炉，取缔高温回火。（2）淬火工艺采纳先℃保温，消除未溶铁素体，低沉偏析区奥氏体化温度，提升淬透机能；快冷至℃保温淬火取得良好表面结构，低沉残留奥氏体数目，减小高碳马氏体针长度。盐温低沉至℃，含水量提升至1.0%，以取得更快的高温区冷却速率，防范心部造成游离铁素体；同时盐温低沉可灵验削减奥氏体平稳化形势，表面残留奥氏体数目削减。优化后淬火工艺弧线见图7。（4）回火工艺优化为～℃×5h+～℃×20h。第一次回火温度较高，消除残留奥氏体。递减式回火门路在消除应力，平稳结构的同时，防范了试样过回火题目，使试样的探测成绩更确实地响应实质形态，探测成绩更具对比性。图7优化后淬火回火工艺弧线
工艺优化后，实验成绩见表6、表7，零件金相结构如图8、图9所示。优化工艺后：①灵验处分心部铁素体超标题目，心部结构为%马氏体，心部硬度由31～33HRC提升至38～40HRC。②试样表面硬度与零件齿面硬度相相符，试样的强硬层散布、灵验强硬层深能够确实响应零件实质。③取缔了渗碳后高温回火工艺，表面残留奥氏体＜5%，马氏体呈隐针及细针状，无看来碳化物，表面结构餍足技艺请求，考证了高温回火工艺的可替换性。表6工艺优化后实验成绩
碳化物（级）
马氏体及残留奥氏体（级）
心部铁素体（级）
心部晶粒度（级）
实质齿面硬度HRC
1
1
1-2
7
60～61.5
内氧化深度/um
脱碳层深度/um
灵验强硬层深度（HV1）/㎜
实质心部硬度HRC
15
20
4.62
38～40
表7工艺优化后试样强硬值散布
距表面间隔/mm
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
4.3
4.9
硬度值HV1
图8工艺优化后表面结构表9工艺优化后心部结构
采纳上述优化工艺，管教了10余件大模数人字齿轮轴，各项探测成绩均餍足技艺请求，探测成绩考证了该优化工艺的可行性。投稿应知
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