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    离子氮化炉

    如何借助于热处理工艺获得良好的强韧性搭配?

      热处理的定义就是通过温度的变化改变工件内部显微组织,进而获得理想性能的工艺,而工件的性能往往多种多样,有些性能还存在彼此之间的矛盾关系。例如我们经常遇到的强度和韧性,在一定范围内存在此消彼长的关系。因此,武汉热处理研究所依据的就是专业启蒙教育中提到的借助热处理工艺获得良好的强韧性搭配。

      一、齿轮类零件的平衡关系

      就齿轮类零件而言,基于其复杂的受力状态,强度和韧性无疑是最基本、最重要的性能,我们在要求轮齿表面具有高硬度、高疲劳强度的同时,还应该具备良好的冲击韧性,尤其是对于承受冲击载荷的越野车辆、工程机械齿轮,以及自然条件和载荷多变的风电齿轮等。因此,我们将“刚柔并济、内外兼修”作为齿轮热处理的最高境界。

      要接近或趋向于上述目标,需要斟酌的因素,或者说要处理的平衡关系很多,其中包括:

      (1)表面硬度的确定

      根据表面耐磨性、脆性甚至磨削性能的要求,大部分齿轮的表面硬度控制在58~62HRC的范围。

      (2)心部硬度的选择

      有研究表明,齿轮心部硬度处于38HRC附近时,具有较好的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,在确定心部硬度范围时,还需平衡齿轮模数、材料淬透性以及变性倾向的关系。

      (3)硬化层深度的确定

      目前一般取15%~25%Mn作为有效硬化层深度,这里需要掌握的一个平衡关系,就是节圆位置与齿根位置的硬化层匹配关系。为了避免两处的硬化层深度相差悬殊,有些企业标准中明确规定,齿根拐角处硬化层深度不得低于节圆初深度的70%。如美国EATON公司就明确规定,有效硬化层以轮齿节圆为准,允许齿根比节圆处最多浅30%。

      (4)表层中残留奥氏体数量的问题

      残留奥氏体作为亚稳组织不仅影响表面硬度,也存在着由于后续转变而影响工件尺寸和形状变化的问题,因此,某些精密零件就有通过深冷处理而减少或消除残留奥氏体的要求。但是残留奥氏体组织并非一无是处,它在吸收内应力能量,阻滞微裂纹扩展,提高断裂韧性方面的积极作用也是明确的,因此,有专家建议,将齿轮表层的残留奥氏体量控制在16%~19%的水平。

      国外残留奥氏体与马氏体组织是分别要求的,而且往往只有残留奥氏体的要求,并无马氏体的要求。残留奥氏体级别用百分比来表示,对于汽车、工程机械齿轮来说,残留奥氏体量应低于20%,相当于国内标准的3级,也有要求低于10%的情况,相当于国内标准的2级。

      (5)低温回火处理

      渗碳淬火后低温回火处理非常重要,稍有不慎,就会前功尽弃。常规回火温度为180~200℃,但是由于担心表面硬度等不达标,国内齿轮厂家普遍采用较低的回火温度,有的已经低于160℃。

      较低的温度如果再加上保温时间不够,就难以消除硬化层内的残留应力,这样的齿轮往往是硬度有余,而韧性不足,在以后服役条件下容易出现断齿、崩角等严重质量事故,有的齿轮轴在校直时就出现裂纹。

      事实上,回火时虽然马氏体中析出的碳化物造成硬度下降,但与此同时残留奥氏体会转变成新的马氏体或贝氏体,同时增加表面压应力,表面硬度未必有明显降低。有人统计,200℃和230℃回火,无论是在表面硬度、硬化层强度,还是表面压应力方面都不会是质的变化。相反,在硬度相近的情况下,经过略高温度回火的零件,冲击韧性更佳,这与调质时所谓高淬高回能得到更佳综合力学性能的道理是一样的。





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