齒輪滲碳加工常見缺陷原因分析與預防

1、齒輪表面碳化過度

滲碳齒輪由于處理不當過度滲碳，表面會出現塊狀、網狀碳化物，使用時齒輪的塑性變形能力下降，耐沖擊性能下降，齒根彎曲疲勞性能下降，齒尖角脆，容易開裂，淬火后的滲碳齒輪在磨削加工過程中容易開裂。

1.1成因分析

1、齒輪在固體介質中滲碳時，由于滲碳箱內碳勢過高，無法隨意調節碳勢，因此，隨著滲碳溫度的升高和時間的延長，表面滲碳程度逐漸增大。特別是含碳化物形成元素 Cr、 Mo的滲碳鋼，碳擴散較慢，齒輪滲碳層的碳濃度較高，達到過共析成分的滲碳層，冷卻后由奧氏體晶界析出滲碳體形成網狀。

2、在氣體介質滲碳過程中，如果滲碳爐內碳勢過大，強滲時間過長，也會導致齒輪表面滲碳過多。

1.2預防措施

1)在固體滲碳過程中，可采用較低的滲碳溫度或較弱的滲碳劑，以防止碳勢過高而造成過度滲碳。

2)在氣體滲碳過程中，為了防止表面過度滲碳，可以按照熱處理工藝在滲碳后期安排擴散階段。

3)對于已產生表面過度滲碳的齒輪，應在低碳電位滲碳爐內進行擴散處理，或經碳化物球化退火處理。

2齒輪硬化層偏淺

滲碳齒輪表面硬度偏淺，降低了表面硬化層的抗剝落性能，降低了齒輪的使用壽命。

2.1成因分析

1、滲碳時，滲碳時間短、滲碳溫度低、滲碳層淺、爐內有效加熱區溫度分布不均、滲碳過程中強滲、擴散階段碳勢控制不當、裝爐前齒輪油污、裝爐量過大、孔隙太小等原因造成滲碳齒輪表面硬化層淺。

2、所選用的齒輪鋼材質和淬透性差，淬火介質冷卻性能差，導致正常滲碳淬火后硬化層較淺。

2.2防范措施

1、選用淬透性較好的鋼材作為滲碳齒輪材料，并嚴格控制齒輪鋼質量。

2、嚴格控制滲碳前齒輪表面質量、裝爐量、爐溫、碳勢氣氛、滲碳擴散時間、滲碳后淬火溫度、冷卻介質等。

3、當齒輪滲碳不足時，應進行補碳處理。

3滲碳層深度不均勻性

齒輪表面滲碳層深度不均勻，導致齒輪各部位性能不連續，首先破壞薄弱部位，進而破壞整個齒輪，嚴重影響齒輪的使用壽命。

3.1成因分析

1、在固體滲碳過程中，滲碳箱內各部位的溫差較大，催滲劑的不均導致滲碳深度差異較大，另外，滲碳箱的尺寸、裝料量、裝料方式、加熱速度、滲碳劑的導熱率過低等因素，都會影響滲碳層的深度。

2、在氣體滲碳過程中，爐內溫度不均勻，爐內氣氛循環不暢，裝爐前齒輪油污未清除，齒輪表面碳黑沉積，均可導致滲碳層深度不均勻。

3.2預防措施

1、批量生產時，應盡量避免使用固體滲碳，必須進行固體滲碳，嚴格執行工藝操作，裝爐量要適當，催滲劑和木炭要均勻混合。滲碳箱置于中間溫度均勻的位置，滲碳時適當更換滲碳箱位置。

2、氣體滲碳時應注意爐溫均勻、爐溫均勻、清除齒面油污、裝爐量不宜過多、滲碳爐密封性能好、漏氣馬弗罐及時更換、定期檢修滲碳爐。

4淬火后表面硬度偏低

低表面硬度會降低齒輪的耐磨性、抗疲勞性能，進而影響齒面的抗摩擦磨損性能。

4.1起因分析

1、表面的脫碳。金相檢查，由于滲碳后正火或淬火時保護不力，導致脫碳層。

2、冷卻速度過低，顯微鏡下觀察，表面組織為索氏體組織，而非馬氏體組織。金相觀察發現，針狀馬氏體具有明顯的耐蝕性，而索氏體則呈暗色（易腐蝕）。硬度計檢測硬度有很大差異。

3、齒輪的淬火溫度和淬火溫度過高會導致淬火后的表面殘留奧氏體量過大。

4、齒輪材料淬透性差，淬火介質冷卻能力不足；

5、淬火后過高的回火溫度和過長的保溫時間。

4.2防范措施

1、對齒輪表面碳含量低的齒輪進行適當的碳化處理。

2、選擇具有適當淬透性和適當冷卻能力的冷卻介質，進行淬火冷卻。

3、預先采取減少淬火后殘余奧氏體量的措施。對于殘余奧氏體過多的滲碳齒輪，經650~670℃、3小時以上高溫回火，部分碳化物析出，使奧氏體再加熱淬火后奧氏體穩定性降低，促使奧氏體向馬氏體轉變。

4、齒輪的滲碳或再加熱淬火應在保護氣氛下進行，已發生氧化現象的齒輪應除去氧化皮，表面滲碳后再淬火。

5、齒輪表面硬度偏低若回火溫度過高，應重新淬火，選擇適當的回火溫度。

5齒輪芯部硬度不足

滲碳齒輪必須有一定硬度。硬度低會降低齒輪材料屈服點，容易產生心部塑性變形，從而降低齒輪表面硬化層的抗剝落性能和齒根彎曲疲勞性能。

5.1成因分析

1、齒輪材料淬透性差、齒輪材質差、鋼材內部帶狀組織嚴重；

2、齒輪在滲碳后直接淬火前的預冷溫度過低，或者滲碳后再淬火，淬火溫度偏低。

3、冷卻速度不夠快，從金相組織觀察，發現是索氏體組織，而非低碳馬氏體組織。

4、由于加熱溫度過低或加熱時間不足，心部存在大量未溶鐵素體。

5.2預防措施

1、選擇具有良好冷卻性能的冷卻介質進行淬火，獲得低碳馬氏體組織；

2、選擇適當的淬火溫度及加熱時間，使心部得到均勻的奧氏體，以便淬火后得到馬氏體組織。

3、滲碳齒輪材料選用淬透性好、材質優良的鋼材。