齿轮渗碳加工常见缺陷原因分析与预防

1、齿轮表面碳化过度

渗碳齿轮由于处理不当过度渗碳，表面会出现块状、网状碳化物，使用时齿轮的塑性变形能力下降，耐冲击性能下降，齿根弯曲疲劳性能下降，齿尖角脆，容易开裂，淬火后的渗碳齿轮在磨削加工过程中容易开裂。

1.1成因分析

1、齿轮在固体介质中渗碳时，由于渗碳箱内碳势过高，无法随意调节碳势，因此，随着渗碳温度的升高和时间的延长，表面渗碳程度逐渐增大。特别是含碳化物形成元素 Cr、 Mo的渗碳钢，碳扩散较慢，齿轮渗碳层的碳浓度较高，达到过共析成分的渗碳层，冷却后由奥氏体晶界析出渗碳体形成网状。

2、在气体介质渗碳过程中，如果渗碳炉内碳势过大，强渗时间过长，也会导致齿轮表面渗碳过多。

1.2预防措施

1)在固体渗碳过程中，可采用较低的渗碳温度或较弱的渗碳剂，以防止碳势过高而造成过度渗碳。

2)在气体渗碳过程中，为了防止表面过度渗碳，可以按照热处理工艺在渗碳后期安排扩散阶段。

3)对于已产生表面过度渗碳的齿轮，应在低碳电位渗碳炉内进行扩散处理，或经碳化物球化退火处理。

2齿轮硬化层偏浅

渗碳齿轮表面硬度偏浅，降低了表面硬化层的抗剥落性能，降低了齿轮的使用寿命。

2.1成因分析

1、渗碳时，渗碳时间短、渗碳温度低、渗碳层浅、炉内有效加热区温度分布不均、渗碳过程中强渗、扩散阶段碳势控制不当、装炉前齿轮油污、装炉量过大、孔隙太小等原因造成渗碳齿轮表面硬化层浅。

2、所选用的齿轮钢材质和淬透性差，淬火介质冷却性能差，导致正常渗碳淬火后硬化层较浅。

2.2防范措施

1、选用淬透性较好的钢材作为渗碳齿轮材料，并严格控制齿轮钢质量。

2、严格控制渗碳前齿轮表面质量、装炉量、炉温、碳势气氛、渗碳扩散时间、渗碳后淬火温度、冷却介质等。

3、当齿轮渗碳不足时，应进行补碳处理。

3渗碳层深度不均匀性

齿轮表面渗碳层深度不均匀，导致齿轮各部位性能不连续，首先破坏薄弱部位，进而破坏整个齿轮，严重影响齿轮的使用寿命。

3.1成因分析

1、在固体渗碳过程中，渗碳箱内各部位的温差较大，催渗剂的不均导致渗碳深度差异较大，另外，渗碳箱的尺寸、装料量、装料方式、加热速度、渗碳剂的导热率过低等因素，都会影响渗碳层的深度。

2、在气体渗碳过程中，炉内温度不均匀，炉内气氛循环不畅，装炉前齿轮油污未清除，齿轮表面碳黑沉积，均可导致渗碳层深度不均匀。

3.2预防措施

1、批量生产时，应尽量避免使用固体渗碳，必须进行固体渗碳，严格执行工艺操作，装炉量要适当，催渗剂和木炭要均匀混合。渗碳箱置于中间温度均匀的位置，渗碳时适当更换渗碳箱位置。

2、气体渗碳时应注意炉温均匀、炉温均匀、清除齿面油污、装炉量不宜过多、渗碳炉密封性能好、漏气马弗罐及时更换、定期检修渗碳炉。

4淬火后表面硬度偏低

低表面硬度会降低齿轮的耐磨性、抗疲劳性能，进而影响齿面的抗摩擦磨损性能。

4.1起因分析

1、表面的脱碳。金相检查，由于渗碳后正火或淬火时保护不力，导致脱碳层。

2、冷却速度过低，显微镜下观察，表面组织为索氏体组织，而非马氏体组织。金相观察发现，针状马氏体具有明显的耐蚀性，而索氏体则呈暗色（易腐蚀）。硬度计检测硬度有很大差异。

3、齿轮的淬火温度和淬火温度过高会导致淬火后的表面残留奥氏体量过大。

4、齿轮材料淬透性差，淬火介质冷却能力不足；

5、淬火后过高的回火温度和过长的保温时间。

4.2防范措施

1、对齿轮表面碳含量低的齿轮进行适当的碳化处理。

2、选择具有适当淬透性和适当冷却能力的冷却介质，进行淬火冷却。

3、预先采取减少淬火后残余奥氏体量的措施。对于残余奥氏体过多的渗碳齿轮，经650~670℃、3小时以上高温回火，部分碳化物析出，使奥氏体再加热淬火后奥氏体稳定性降低，促使奥氏体向马氏体转变。

4、齿轮的渗碳或再加热淬火应在保护气氛下进行，已发生氧化现象的齿轮应除去氧化皮，表面渗碳后再淬火。

5、齿轮表面硬度偏低若回火温度过高，应重新淬火，选择适当的回火温度。

5齿轮芯部硬度不足

渗碳齿轮必须有一定硬度。硬度低会降低齿轮材料屈服点，容易产生心部塑性变形，从而降低齿轮表面硬化层的抗剥落性能和齿根弯曲疲劳性能。

5.1成因分析

1、齿轮材料淬透性差、齿轮材质差、钢材内部带状组织严重；

2、齿轮在渗碳后直接淬火前的预冷温度过低，或者渗碳后再淬火，淬火温度偏低。

3、冷却速度不够快，从金相组织观察，发现是索氏体组织，而非低碳马氏体组织。

4、由于加热温度过低或加热时间不足，心部存在大量未溶铁素体。

5.2预防措施

1、选择具有良好冷却性能的冷却介质进行淬火，获得低碳马氏体组织；

2、选择适当的淬火温度及加热时间，使心部得到均匀的奥氏体，以便淬火后得到马氏体组织。

3、渗碳齿轮材料选用淬透性好、材质优良的钢材。