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滲碳淬火件表面層非馬氏體組織形成的原因和防止措施

發(fā)布時(shí)間:2011-11-15 | 來(lái)源:本網(wǎng) | 作者:

        0引言

        文獻(xiàn)[1]對(duì)滲碳淬火件表面層非馬氏體組織形成的原因和防止措施作了闡述。文獻(xiàn)[2]對(duì)非馬氏體組織的組成順序作了補(bǔ)充,并再次強(qiáng)調(diào)必需淺腐蝕,其腐蝕時(shí)間為金相標(biāo)準(zhǔn)GB/T9450-2005《鋼鐵滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》中的1/2~1/3為準(zhǔn)。同時(shí),對(duì)各種措施下所形成非馬氏體組織的厚薄進(jìn)行了評(píng)述。

        經(jīng)過(guò)近年來(lái)的探索和研究,有必要再次敘述。并對(duì)采用噴丸和磨齒等被動(dòng)措施后的加工工序來(lái)減少非馬氏體組織層深提出了值得制造廠家考慮的問(wèn)題。

        1關(guān)于滲碳淬火件表面層非馬氏體組織

        己被公認(rèn)的非馬體組織是由內(nèi)氧化的貧合金化元素導(dǎo)致而形成。一旦形成此類組織,其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲勞極限,并由晶粒邊界或氧化物的應(yīng)力集中區(qū)域,萌生細(xì)微裂紋,并向更深的地方延伸……。

        滲碳淬火件的非馬氏體組織包括:表面脫碳形成的鐵素體、表層沿晶界形成的屈氏體,有些鋼種還有貝氏體。以及在不腐蝕條件所見(jiàn)到晶界氧化.


        對(duì)非馬氏體組織的組成順序最嚴(yán)重態(tài)排序[2]為:鐵素體、鐵素體+屈氏體(第一條黑網(wǎng))、屈氏體(黑帶)、屈氏體+馬氏體(第二條黑網(wǎng))、貝氏體+馬氏體、馬氏體。一般講不腐蝕條件下所見(jiàn)到的晶界氧化深度小于淺腐蝕狀態(tài)下的非馬氏體組織的深度。

        2影響形成非馬氏體組織的因素

        2.1滲碳?xì)夥罩袣庠吹倪x擇[4、5]

        由于內(nèi)氧化是氧的參與:古老的滲碳機(jī)理CO→Cad+CO2,這種滲碳機(jī)理必然是在一邊滲碳的同時(shí),一邊內(nèi)氧化,并且使?jié)B碳速度減緩。

        而無(wú)氧參與下的滲碳?xì)庠?,其滲碳機(jī)理如下:

        目前能產(chǎn)生的無(wú)氧下滲碳的氣源,這些氣源在一定條件下才能優(yōu)化。(務(wù)必注意優(yōu)化措施)

 

甲烷 CH4*      

Cad+H2   

蘇聯(lián)學(xué)者于1966年最早發(fā)現(xiàn),70年代德國(guó)、美國(guó)學(xué)者持同樣觀點(diǎn)

丙烷C3H8      

C+2CH4 *     

3Cad+H2

C3H8

C2H4+ H4

Cad+CH4*        3Cad+H2

C3H8

C2H2+ H2+ CH4

2Cad+CH4+2H2          3Cad+H2

乙烯C2H4

Cad+CH4*        2Cad+H2

乙炔C2H2

2Cad+H2

德國(guó)易普森和法國(guó)湯姆森在低壓真空爐內(nèi)使用。

             *能直接產(chǎn)生活性碳的滲碳機(jī)理

        重慶地區(qū)的乙炔(C2H2)、丙烷(C3H8)、甲醇也是天然氣制造的,均存在含水、含硫指標(biāo)過(guò)一般6mg/m3左右。

        要使無(wú)氧參加下的滲碳技術(shù)達(dá)到最多的自由活性碳原子,氣源必須要考慮含硫、含水的控制,而且越低越好。

        優(yōu)化這些氣源的措施,水、含硫量控制越低越好。特別要強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性、可靠性的控制[2、3、4、6]。

        由于城市天然氣中含有水和有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫:而且波動(dòng)很大以至于同一外國(guó)著名公司的不同作者,作出不同的結(jié)論。有些教授只知用甲烷做試驗(yàn)而無(wú)水、硫介念……,對(duì)硫引起氧探頭壽命降低的思路不明。重慶地區(qū)的天然氣經(jīng)拾多年檢測(cè)為[3]:有機(jī)硫30-248mg/m3、無(wú)機(jī)硫10-70mg/m3、水份露點(diǎn)>10-24℃。有時(shí)因天然氣礦脫硫設(shè)備檢修,城市天然氣無(wú)機(jī)硫高達(dá)1100mg/m3,這時(shí)很多廠家就會(huì)停產(chǎn),而采用天然氣凈化設(shè)備的廠家,只需將再生時(shí)間縮短就可,無(wú)需停產(chǎn)。

        英俄日德資料均對(duì)氣源提出含硫控制,而且指出原料氣充分除硫[9]。有的廠家勿略上述問(wèn)題,已遭受市場(chǎng)的冷落;有些進(jìn)口設(shè)備廠家漸漸地退出中國(guó)市場(chǎng)。由對(duì)比空氣密度1.27㎏.m-3,乙炔1.17、甲烷0.72、丙烷1.9,可見(jiàn)甲烷分子鏈簡(jiǎn)單、最易裂解,不易在爐內(nèi)存在死角[11-12]。

        很多資料寫明,古老的天然氣在930℃以上可充分裂解,隨著溫度的下降不易充分裂解,而現(xiàn)在經(jīng)充分凈化后,在910℃長(zhǎng)期滲碳后,工件表面穩(wěn)定地?zé)o碳黑、表面呈光亮銀灰色,其滲碳的表面硬度和非馬氏體組織均達(dá)到德國(guó)波爾舍、奔馳、寶馬等需在真空爐下滲碳的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在850~860℃下的C—N共滲后,表面也呈光亮、銀灰色、無(wú)碳黑。

        2.1.1天然氣的質(zhì)量問(wèn)題

        當(dāng)人們?cè)谘芯扛鞣N氣源滲碳時(shí),并比較各種氣源滲碳的結(jié)果而確認(rèn),天然氣氣源是所有滲碳熱處理氣源中最好的氣源[1、11],它不僅僅是價(jià)廉,能大大降低成本(四川重型汽車制造廠、一汽大眾采用凈化的天然氣生產(chǎn)后單氣源耗損年節(jié)約約50萬(wàn)元;株齒公司[3、6]年節(jié)約85萬(wàn),還未計(jì)算其產(chǎn)量直接提高11%+Rx氣氛不燒炭黑總共產(chǎn)量提高18%帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,以及吃凈化氣源設(shè)備壽命總體提高的效益。),而且滲碳傳輸最快,保持較高的有效碳勢(shì)當(dāng)量(排除那部分能增加碳勢(shì),但進(jìn)入滲碳件因氧參與下的內(nèi)氧化,使?jié)B碳速度較緩,活力較差的碳勢(shì));表面含碳量最高;滲碳時(shí)間最短;滲碳件表面非馬氏體組織的厚度和密度最低,一般均能0.003mm以下[2](淺腐蝕);表面硬度HRC61以上(HV1轉(zhuǎn)換);碳化物極度彌散。早在70年代市場(chǎng)上就有各式各樣的脫硫設(shè)備、高效脫硫劑等。含糊地講:控制總硫,不講脫有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的深度,混淆兩種硫?qū)嵸|(zhì)上的差別,模糊技術(shù)實(shí)質(zhì)帶有商業(yè)性的炒作,而且進(jìn)入城市的天然氣,其有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫,就具有差距很大的波動(dòng)范圍,須經(jīng)受長(zhǎng)期檢測(cè)考驗(yàn),以防其偶然性的合格過(guò)關(guān)。

        2.1.2采用凈化后的天然氣作氣源

        1)吸熱式氣氛

        在吸熱式氣氛中,采用了凈化后的天然氣滲碳后,湖南株齒公司馬學(xué)文(高工)發(fā)現(xiàn):Rx氣氛中CO含量一般高達(dá)22%(最高達(dá)31%),而采用丙烷氣時(shí)CO只有17%。因此滲碳能力加強(qiáng)。同樣的設(shè)備下Rx氣耗量要適當(dāng)下降一些,富化氣也適當(dāng)下降,這樣使總的耗氣量下降,不產(chǎn)生炭黑,滲碳速度反而提高,非馬氏體組織也少。

        實(shí)踐結(jié)果表明,同樣采用凈化后的天然氣、同樣是吸熱式氣氛,株齒公司的滲碳齒輪光亮銀灰色、無(wú)炭黑,非馬氏體組織較少,達(dá)到最佳效果;一汽大眾經(jīng)過(guò)交流改進(jìn)后,現(xiàn)在的產(chǎn)品也呈光亮銀灰色、無(wú)炭黑,非馬氏體組織控可控制在7μm以下。天津德國(guó)sew采用天然氣凈化設(shè)備吸熱式氣氛1500kg多用爐滲碳時(shí)富化氣0.8m3/h……。在歐洲,富化氣1.1m3/h。節(jié)約經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀。目前,若不采用天然氣凈化設(shè)備,同樣是一個(gè)地區(qū)的天然氣吸熱式氣氛[10]非馬氏體組織一般在20μm左右。

        2)直生式氣氛

        重慶嘉陵集團(tuán)采用凈化后的天然氣直生式滲碳在有效硬度層深度0.8mm情況下,非馬氏體組織能控制在5μm以下。

        3)氮→甲醇→(凈化后的天然氣)

        該工藝下:由于(1)氮?dú)獾闹苽渫ǔS帽∧せ蚪固糠肿雍Y制氮,在運(yùn)行初期氮?dú)饧兌饶苓_(dá)99.99%。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),逐漸衰減一般2年后就很難達(dá)到99.99%,影響滲碳淬火件非馬氏體組織的控制。當(dāng)然若采用液氮一般較穩(wěn)定,但液氮較貴。

        (2)甲醇:在制造過(guò)程絕大多數(shù)為天然氣制備,其中水和有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫的控制不高(要達(dá)到優(yōu)質(zhì)純凈的甲醇應(yīng)采用“氨水、甲醇凈化設(shè)備”,可達(dá)到水份(露點(diǎn))<-42℃、有機(jī)硫≤3mg/m3、無(wú)機(jī)硫≤1mg/m3,就會(huì)使熱處理質(zhì)量穩(wěn)定提高)。

        總之,采用“氮→甲醇→凈化后的天然氣”的非馬氏體組織的控制,就能穩(wěn)定地、可靠地達(dá)到5μm以下。

        四川有一家工廠,只除天然氣中的無(wú)機(jī)硫,不除有機(jī)硫,其錐齒輪在直生式氣氛滲碳爐中滲碳18h,淬火后的非馬氏體組織層深達(dá)40μm。某集團(tuán)公司的熱處理廠用氮+甲醇+丙酮的滴注式滲碳法,所用的氮以空氣經(jīng)薄膜分離法制備,經(jīng)凈化到99.99%的純度。在最初生產(chǎn)的兩年期間,滲碳淬火件的非馬氏體組織層厚度能控制到<3μm。但隨著時(shí)間的推移,制氮的膜分離系統(tǒng)和PSA制氮機(jī)不能保證正常運(yùn)行,使產(chǎn)出氮的純度受到影響。目前滲碳層0.8~1.2mm的工件滲碳淬火后,表層非馬氏體組織層厚度達(dá)20-30μm。當(dāng)甲醇含水、硫量大時(shí),非馬氏體組織層厚度曾達(dá)到40μm,使?jié)B碳淬火件表面硬度明顯下降。因此,在滴注式滲碳時(shí),必須嚴(yán)格控制甲醇、煤油等滲劑中的含水、硫量。同理,在碳氮共滲時(shí)也要控制氨中的含水、硫量。含水、硫量越低越好。

        2.2稀土滲碳技術(shù)減少非馬氏體組織的形成[10]

        杜紅兵、孫少權(quán)、閆牧夫、劉志儒、張國(guó)良等在研究稀土滲碳技術(shù)中對(duì)20CrMnTi、20CrMnH、20CrNiM等叁種鋼進(jìn)行有、無(wú)稀土元素滲碳的對(duì)比試驗(yàn)表明,稀土元素添加能夠有效地改變零件表面的結(jié)構(gòu),促使?jié)B碳速度加快。對(duì)于同樣的滲層要求,滲層時(shí)間可縮短、內(nèi)氧化時(shí)間減少、非馬氏體組織減少。本人認(rèn)為是稀土的參與有可能阻礙了氧的擴(kuò)散,在非馬氏組織層深12.5μm情況下,無(wú)黑帶組織,只有第二個(gè)黑網(wǎng),見(jiàn)圖7。

        該試驗(yàn)是在天然氣未凈化下進(jìn)行,本人估計(jì)若在凈化后的天然氣條件下進(jìn)行,由于目前真空滲碳采用C2H2中有水和有機(jī)硫,無(wú)機(jī)硫約6mg/m3,有可能其效果會(huì)超過(guò)真空滲碳結(jié)果。

        2.3其它催滲技術(shù)的應(yīng)用

        首先由于催滲使?jié)B碳時(shí)間縮短,內(nèi)氧化時(shí)間也相應(yīng)地縮短,就此也使非馬氏體組織減少。

        人們采用C-N共滲技術(shù),讓N來(lái)催滲,此技術(shù)問(wèn)題是供Nad的機(jī)制。常用供Nad的機(jī)制為氨氣[2],只有將氨氣中的水、有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫控制的很低時(shí),非馬氏體組織才能穩(wěn)定地減少。

        2.4低壓真空滲碳技術(shù)的應(yīng)用

        德國(guó)波爾舍、奔馳、寶馬等對(duì)質(zhì)量要求高的齒輪均采用這一技術(shù),來(lái)控制滲碳表面硬度和非馬氏體組織和變形(滲碳后不再加工齒面)。重慶旺成齒輪公司采用德國(guó)lpsen爐;宜賓五糧液廠采用法國(guó)ECM爐的唯一缺點(diǎn)是先進(jìn)設(shè)備昂貴,生產(chǎn)量較低。

        重慶旺成齒輪公司采用Ipsen爐,在有效硬化層深度0.8mm情況下,一般非馬氏體組織≤3μm,但也有時(shí)候超過(guò)3μm。本人認(rèn)為是由于使用的氣源為C2H2(重慶地區(qū)為天然氣制造,含總硫約6mg/m3波動(dòng)、水份為常溫),非馬氏體組織層深將隨無(wú)機(jī)硫、有機(jī)硫、水份的含量波動(dòng)而波動(dòng),與空氣密度(1.27kg/m3)相比,乙塊為1.17,甲烷為0.72,丙烷為1.9。甲烷最輕,分子鏈最小,最易裂解,不易在在爐內(nèi)產(chǎn)生死角,(不少?gòu)S家用甲烷和乙塊做對(duì)比試驗(yàn),由于乙塊是天然氣制造,已經(jīng)脫硫處理,含總硫6mg/m3左右,而甲烷未經(jīng)凈化使對(duì)比度的研究欠公平,其結(jié)果是“誤區(qū)”)。若采用凈化后的天然氣,一般總硫可控制為1mg/m3、水份(露點(diǎn))-50℃以下,必然有好轉(zhuǎn)。所得的滲碳系數(shù)等數(shù)據(jù),必然是新的發(fā)現(xiàn)……。期待你去發(fā)現(xiàn)……。必將載入史冊(cè)!

        當(dāng)然,真空爐的設(shè)備投資很大、產(chǎn)量較小,是具有局限性的。德國(guó)sew公司采用Rx氣氛多用爐累計(jì),已訂30m3/h天然氣凈化設(shè)備共拾臺(tái)套……。年節(jié)約400萬(wàn)左右。

        2.5不同滲碳鋼種的影響

        含Cr、Ti、V鋼的內(nèi)氧化傾向小,在鈦鋼中若鈦含量太高,方晶鈦的形成使?jié)B碳速度下降,鋼中含微量硼或加入0.2%~0.4%Mo能使C曲線右移,提高了鋼的淬透性,使?jié)B碳淬火后表層非馬氏體組織層變淺。

        2.6熱處理工藝和設(shè)備

        鋼件滲碳后,適當(dāng)提高淬火加熱溫度,亦可使過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變TTT曲線右移,從而減少非馬氏體組織。充分排除滲碳爐中的殘留空氣,使?jié)B碳?xì)夥辗€(wěn)定,也能減少滲碳淬火件的非馬氏體組織。爐子的密封性好,爐外空氣不會(huì)侵入,也是保證減少非馬氏體組織的有效措施。

        2.7淬火冷卻介質(zhì)的影響

        滲碳后施行劇烈的淬火冷卻可有效減少非馬氏體組織,在不導(dǎo)致開(kāi)裂和產(chǎn)生嚴(yán)重畸變的前提下,盡量采取冷卻快的淬火介質(zhì)對(duì)減少非馬氏體組織有利。用PAG水溶液淬火比用淬火油有利,用快速淬火油比用普通淬火油有利。為防止變形最好選擇珠光體轉(zhuǎn)變速度快而馬氏體轉(zhuǎn)變速度慢的淬火液(作者1的創(chuàng)新,即PAG-ⅢA具有的特性在3-3.5%濃度下珠光體冷速比水、聚乙稀醇快而馬氏體冷卻速度近於普通油己在全國(guó)推廣特別是滲碳淬火件網(wǎng)帶爐,己有20臺(tái)應(yīng)用)。

        3各種設(shè)備和工藝下滲碳淬火件表面層的非馬氏體組織層深的比較和評(píng)述

        3.1有效硬化層深度

        由于各工廠產(chǎn)品要求的有效硬化層深不同,因此在比較時(shí),請(qǐng)注意有效硬化層深度。

        注:若A件有效硬化層深為0.8mm,B件有效硬化層深為2A(即1.6mm),那么一般B件的滲碳時(shí)間為A的一倍以上,內(nèi)氧化時(shí)間也是一倍以上,由于氧和碳在這種條件下擴(kuò)散系數(shù)的不同,非馬氏體組織B件不一定就是A件的一倍,但從表1中可見(jiàn):株齒公司有效硬化層深為1.6mm,檢測(cè)的非馬厚度5μm左右。這樣就目前進(jìn)入國(guó)內(nèi)的低壓真空爐滲碳,由于氣源凈化度不穩(wěn)定,市場(chǎng)上的乙塊、丙烷總硫約6mg/m3左右,有臭味,貯氣罐內(nèi)有黃色沉淀物,水份為常溫,也很難達(dá)到這一穩(wěn)定的結(jié)果。

        

                                                                       表1  用齒形試樣在科筐內(nèi)9個(gè)點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果(株齒提供)

Table 1 Carbon concentrations measured by using tooth shape specimens at 9 points in pocket (The provision of zhuteeth)

檢驗(yàn)項(xiàng)目

1#

2#

3#

4#

5#

6#

7#

8#

9#

平均值

殘余奧氏體(級(jí))

4

4

3

4

3

4

4

4

3

 

馬氏體(級(jí))

4

4

3

4

3

4

4

4

3

 

碳化物(級(jí))

1

1

1

1

1

1

1

1

1

 

心部鐵素體(級(jí))

1

1

1

1

1

1

1

1

1

 

有效硬化層深(mm)

1.60

1.60

1.65

1.65

1.60

1.70

1.65

1.60

1.60

1.63

表面硬度(HRC)

62

62

60

61

61

62

60

60

62

61.1

心部硬度(HRC)

42.7

41.3

42.0

43.0

40.0

42.5

42.0

42.0

42.5

 

表面非馬(mm)*

0.004

0.004

0.006

0.004

0.005

0.006

0.005

0.007

0.004

0.005

 

*注:(1)淺腐蝕,若試驗(yàn)使用鑲嵌試樣,其結(jié)果還要好些;(2)原淬火油碳黑較多,估計(jì)一年后結(jié)果還要好。

            3.2國(guó)內(nèi)部分廠家滲碳淬火件表面層非馬氏體組織金相檢查

        重慶旺成、湖南株齒、四川丹齒、長(zhǎng)春一汽等廠家滲碳淬火件表面層非馬氏體組織金相檢查結(jié)果見(jiàn)表2,金相照片見(jiàn)圖2~圖7。

      

表2  部分滲碳淬火件表面層非馬氏體組織金相檢測(cè)結(jié)果

Table 2 Partial cementite quenching surface layer non-martensite organization metallography examination result

圖號(hào)

材料

廠 家

設(shè)備

工藝種類

氣源

淬火介質(zhì)

有效

硬化

深度(mm)

非馬厚度(μm)#

備 注

齒節(jié)

齒根

圖2

20CrNiMo

重慶

旺成

lpsen真空爐

 

C2H2

高壓N2

0.90

12.5

13.0

Cr/0.35-0.65;

Ni/0.35-0.75

圖3

1.1

13

30

(輕黑帶)

圖4

22CrMo

湖南

株齒

Aichelin

雙推盤爐

凈化

天然氣

快速光亮

淬火油

1.6

≤5.0

40

(無(wú)黑帶)

 

圖5

20CrMnTi

四川

丹齒

Aichelin 

1000kg多用爐

MARQUENCH875分級(jí)

淬火油

0.9

6~8

12.5

 

圖6

C-N共滲

0.5-0.8

10.0

15.0

圖7

20CrMnTi

長(zhǎng)春

一汽

自制推盤爐

滲碳

未凈化天然氣

1.40

17.5

 

無(wú)稀土?xí)r,非馬為

23μm

#:1).淺腐蝕;2)100×;3)非馬氏體組織層,只呈現(xiàn)第二個(gè)黑網(wǎng)

 

 

a)齒節(jié) 100×                                  b)齒根 100×

圖2  重慶旺成齒輪非馬金相照片(硬化層為0.90mm)

Graph 2 Chongqing Wnagchen the gear non-mark in picture prosperously (The hardened level is 0.90mm)

 

 

 

 

 

 

 

 

a)齒節(jié) 100×                                  b)齒根 100×

圖3  重慶旺成齒輪非馬金相照片(硬化層為1.10mm)

Graph 3 Chongqing Wnagchen the gear non-mark in picture prosperously (The hardened level is 1.10mm)

 

 

a)齒節(jié) 100×                                   b)齒根 100×

圖4  株齒公司非馬金相照片(硬化層為1.60mm)

Graph 4 Zhutooth company non-markin picture (The hardened level is 1.60mm)

 

 

a)齒節(jié) 100×                                      b)齒根 100×

圖5  丹齒公司非馬金相照片(硬化層為0.90mm)

Graph 5 Dan tooth company non-markin picture(The hardened level is 0.90mm)

 

 

a)齒節(jié) 100×                                      b)齒根 100× 

圖6  丹齒公司非馬金相照片(硬化層為0.60mm) C-N共滲

Graph 6 Dan tooth company non-markin picture(The hardened level is 0.60mm) C-Naltogether infiltratates

 

 

a) 有稀土(非馬組織層深17.5μm)                  b) 無(wú)稀土(非馬組織層深23μm)

圖7  長(zhǎng)春一汽未凈化天然氣(Rx氣氛)齒節(jié)非馬相組織

Graph 7 Changchun FAW has not purified the natural gas (the Rx atmosphere)the tooth festival non-hose to organize

        3.2.2部分非馬金相組織檢查簡(jiǎn)評(píng)

        1)從圖2、圖3、圖4可見(jiàn):齒節(jié)非馬組織重慶旺成不如湖南株齒,而從齒根來(lái)看株齒較厚但無(wú)黑帶。不能單純從非馬組織厚薄來(lái)比較內(nèi)氧化的多和少。由于株齒采用快速光亮淬火油淬火,比旺成的高壓氣淬冷卻快。在齒節(jié)得到表現(xiàn)非馬氏體組織較少;在齒根部位由于相對(duì)冷卻較慢,非馬氏體組織較旺成厚,暴露了株齒相對(duì)內(nèi)氧化多。

        2)從圖4、圖5可見(jiàn):都是采用中國(guó)發(fā)明專利的天然氣凈化,且都為RX氣氛,而株齒齒節(jié)非馬很少(除了各地區(qū)天然氣主要成分CH4有偏差外)。長(zhǎng)春一汽大眾(采用發(fā)明專利的天然氣凈化設(shè)備,RX氣氛),經(jīng)交流現(xiàn)產(chǎn)品呈光亮銀灰色無(wú)碳黑,有效硬化層深0.6mm時(shí),非馬降至5μm以下,現(xiàn)還有進(jìn)一步深入探討改進(jìn)的余地。

        3)從圖5、圖6比較:同樣都是采用凈化后的天然氣,因C-N共滲溫度低和有效硬化層深度少,本應(yīng)非馬少,但實(shí)際上比圖5多,是由于C-N共滲使用的NH3沒(méi)有凈化,若采用國(guó)家發(fā)明專利的甲醇、氨氣凈化設(shè)備,必然大大好轉(zhuǎn)(丹齒公司原來(lái)所訂天然氣設(shè)備凈化氣量為10m3/h,現(xiàn)實(shí)際使用氣量約20m3/h,其非馬明顯比5年前的≤3μm增厚)。

        4)比較圖4、圖7、表1:都是采用RX氣氛天然氣滲碳,而株齒采用了國(guó)家發(fā)明專利“凈化的天然氣”,并且株齒有效硬化層深度為1.60mm,其非馬組織在齒節(jié)處非常低。當(dāng)然,有一點(diǎn)必須說(shuō)明,株齒非馬組織齒根較厚、齒節(jié)較薄,說(shuō)明該廠采用了快速光亮淬火油其冷卻較快……,對(duì)齒節(jié)有一定的效果。眾所皆知:齒輪的使用狀態(tài)是以齒節(jié)為首,因此針對(duì)GB/T9450-2005《鋼鐵滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》,應(yīng)強(qiáng)調(diào)齒輪非馬的測(cè)定除了應(yīng)淺腐蝕外,還需指出齒節(jié)為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),齒根為參考值。齒根部位非馬也應(yīng)適當(dāng)控制且不允許淬黑帶的形成,這是防止齒根疲勞斷裂的重要指標(biāo)……。

        4滲碳淬火后的噴丸、磨齒(剃齒工藝一般在滲碳前加工滲碳后不再加工本文從略)

        4.1噴丸強(qiáng)化

        噴丸強(qiáng)化工藝,可以使表面層非馬氏體組織減少的同時(shí),使表面壓應(yīng)力增大,提高了齒輪在運(yùn)行中的耐磨性、疲勞性,己廣范應(yīng)用。對(duì)噴丸的研究發(fā)展了硬噴丸(500HV以上)和二次噴丸(即先進(jìn)行硬噴丸后再進(jìn)行小粒噴丸。強(qiáng)韌性噴丸粒的開(kāi)發(fā),均取得可喜的效果……)。

        西安交大何家文教授對(duì)這種壓應(yīng)力進(jìn)行研究,該壓應(yīng)力隨溫度的上升而逐漸衰減,一般在400℃左右就衰減完畢。因此,對(duì)高速齒輪,就應(yīng)特別注意:所謂國(guó)產(chǎn)齒輪比不了進(jìn)口齒輪,這也許是其中的原因之一。

        4.2磨齒工藝

        磨齒可以使表面層非馬氏體組織降低的同時(shí),使齒輪尺寸精度提高,但好的磨齒設(shè)備售價(jià)一千多萬(wàn)人民幣一臺(tái),磨削后使齒輪表面壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力,不利于齒輪耐磨性疲勞性的提高。

        目前,國(guó)內(nèi)外廠家均采用各種措施減少變形,減少滲碳齒輪非馬氏體組織層深,以達(dá)到不磨齒、少磨齒的目的。如:德國(guó)sew公司,國(guó)內(nèi)湖南株齒、重慶青山、四川丹棱齒輪等公司,不僅提高了功效和降低成本,而且提高了滲碳齒輪的質(zhì)量。

        5結(jié)論

        測(cè)量滲碳淬火件表面層非馬組織必須要淺腐蝕,資料[13]的日本和韓國(guó)學(xué)者有誤(看非馬未淺腐蝕),減少滲碳火件非馬氏體組織的措施主要有:

        (1)盡可能用低碳烴和高純度氣體做制備滲碳?xì)怏w的原料氣,其中以天然氣最優(yōu)[3、4、5];

        (2)盡可能選用含Cr、Ni、Ti、V、Mo的高淬透性合金滲碳鋼;

        (3)從工藝和設(shè)備上采取措施,保證爐氣不受空氣污染,減少氧硫的進(jìn)入;

        (4)盡可能采用激烈的淬火冷卻介質(zhì)和冷卻方式。為防止變形和開(kāi)裂,特別要選擇珠光體轉(zhuǎn)變速度快而馬氏體轉(zhuǎn)變速度慢的淬火介質(zhì);

        (5)對(duì)滲碳齒輪而言,表面層非馬的測(cè)定[2]參考QC/T262-1999《汽車滲碳齒輪金相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn),除強(qiáng)調(diào)淺腐蝕外,還需指出以齒根為參考值,齒節(jié)為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),不容許有黑帶存在,只準(zhǔn)許有第二條黑網(wǎng)。

        一般講:模數(shù)越大,齒節(jié)非馬<齒根非馬,兩者非馬相差越大;模數(shù)越小,齒節(jié)非馬與齒根非馬相差越小。

        (6)對(duì)重載齒輪為防止疲勞斷裂(一般從齒根非馬氏體組織萌生裂紋源而擴(kuò)展)齒根非馬盡可能控制在35μm以內(nèi)……越少越好……不允許黑帶的存在……。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李志義,李曉澎.滲碳淬火件表面層非馬氏體組織形成的原因和防止措施[J].金屬熱處理,2000,25(11):37.

        [2]李志義、李曉澎等.淺談某些熱處理氣源和金相標(biāo)準(zhǔn)中的某些問(wèn)題[J].金屬熱處理,2008,33(3):116-119.

        [3]李志義、李曉澎.可控氣源的選擇[J].金屬熱處理,1996,(1):52.

        [4]李志義、田榮華、葛友海、胡培中、熊軍、熬思渝,.天然氣滲碳的另一機(jī)理CH4→Cad+H2及其優(yōu)化措施(C).第八次全國(guó)熱處理大會(huì)論文集.

        [5]李志義.滲碳淬火件質(zhì)量提高的途徑[J].熱處理,2007(3):1.

        [6]馬學(xué)文、李曉澎、李志義等.凈化后的天然氣滲碳質(zhì)量的提高及其經(jīng)濟(jì)效益[J].熱處理,2007,(4):37-43.

        [7]李志義、田榮華、葛友海、胡培中、熊軍、敖思渝,.采用天然氣的氣體滲碳[J].國(guó)外金屬熱處理,2004,(1):41.

        [8]田榮華.變速箱另件毛坯等溫正火工藝試驗(yàn)的應(yīng)用[J].金屬熱處理,2002,(6):42.

        [9]樊東黎主編。機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M].熱處理類/《機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》,2003(4):264.

        [10]杜紅兵、孫少權(quán)、閆牧夫、劉志儒、張國(guó)良,等.稀土滲碳技術(shù)對(duì)改善非馬組織的影響[M].2007年(長(zhǎng)春)齒輪滲碳淬火技術(shù)專題研究會(huì),論文、譯文集.論文:102-118.

        [11]英國(guó)Bodycote熱處理有限公司W(wǎng).Hewitt.關(guān)于直接注入碳氮化合物/空氣氣氛(超級(jí)滲碳?xì)夥眨B碳的觀點(diǎn)[J].國(guó)外金屬熱處理,2004,(5):29.

        [12]德國(guó)LindeAG公司M.Lohymann等.在AvaC低壓滲碳中控制乙炔及其反應(yīng)物[J].國(guó)外金屬熱處理,2004,(5):32.

        [13]M.Kato,K.lnone,G.Deng(日本),B.S.Jeong(韓國(guó))翻譯:朱萬(wàn)斌,核對(duì)陳乃錄,滲碳齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度,的尺寸效應(yīng)(C).2007年(長(zhǎng)春)齒輪滲碳淬火技術(shù)專題研討會(huì).論文、譯文集(譯文):85-94.

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