渗碳淬火齿轮内花键严重畸变的原因及对策

一种材质为20Cr2Ni4A的齿轮,经渗碳、淬火后,其内花键畸变量超差。分析表明,齿轮内花键淬火畸变过大,是由于采用冷却速度很高的HOUGHTO-QUENCH K油淬火所造成的。据此,减小齿轮内花键淬火畸变的根本性措施为:订购含碳量为下限的20Cr2Ni4A钢;采用好富顿公司的MARTEMP 355分级淬火油淬火。     

20CrNi2Mo钢真空渗碳工艺及数值模拟

采用大型双室真空渗碳设备对20Cr Ni2Mo钢进行不同工艺真空渗碳淬火,结合金相、显微硬度和表面碳浓度等分析,结果表明:试样渗碳层深度为2~3 mm时,总渗碳时间为550 min,渗碳扩散时间比(渗扩比)以1∶10较合理;渗碳层深度数值模拟结果略小于实际值,对实际生产具有一定指导意义;20Cr Ni2Mo钢大型齿轮实际真空渗碳淬火处理后,表面碳浓度为0.83%,渗碳层深度为3.2 mm,碳化物别1~2级,淬火和回火后齿轮齿面硬度值分别为62.8 HRC和58.1 HRC。     

20Cr2Ni4钢齿轮渗碳淬火及装配后开裂原因分析

采用光学显微镜、显微硬度计和光谱分析仪等测试方法,对20Cr2Ni4钢齿轮渗碳淬火及装配后开裂的原因进行分析。结果表明,该渗碳淬火齿轮齿顶硬度和硬化层深度均满足要求,显微组织良好。轮辐减重孔处为裂纹源,减重孔内壁明显的粗刀痕形成的应力集中导致齿轮与轴系装配后裂纹逐步扩展到齿轮内孔,进而导致开裂失效,并据此提出了改进措施。     

热处理对机械齿轮钢组织和性能的影响

通过在17Cr2Ni2Mo齿轮钢基础上添加微量元素V、Nb的方法制备新型齿轮钢G1,采用渗碳后直接淬火和一次淬火工艺对两种齿轮钢进行热处理,对比分析了热处理工艺对齿轮钢组织、性能和热处理变形趋势的影响。结果表明:直接淬火工艺下,齿轮钢渗碳层中可见不合格的沿着晶界网状分布的碳化物组织,一次淬火工艺下渗碳层为细小的碳化物+马氏体组织;在两种热处理工艺下,G1钢的渗碳层显微硬度要高于17Cr2Ni2Mo钢,且直接淬火工艺下渗碳层的显微硬度要高于一次淬火工艺下渗碳层的显微硬度,两种齿轮钢的有效硬化层深度都约为1.7 mm;在淬火温度为860℃、回火温度为150℃时,G1齿轮钢渗碳层的显微硬度最大,为适宜的齿轮钢热处理方案;添加V、Nb的G1齿轮钢的热处理变形趋势要小于17Cr2Ni2Mo齿轮钢。     

提高渗碳淬火齿轮硬度的后处理工艺

研究了20Cr2Ni4A钢渗碳淬火齿轮在低温回火后硬度较低时进行后冷处理和后低温回火处理对表面硬度、有效硬化层深度及心部硬度的影响。结果表明,20Cr2Ni4A钢在渗碳淬火低温回火后的残留奥氏体稳定化现象并不明显,此时进行冷处理仍能提高工件硬度,而当残留奥氏体较多时具有低温回火二次硬化现象,提高低温回火温度也能提高表面硬度。据此可采用后冷处理和后低温回火工艺提高硬度,代替常规的重新高温回火+渗碳淬火+低温回火的返工工艺。后冷处理温度可根据Mf点确定,对于渗碳后高温回火并重新加热淬火和低温回火工艺,Ms和Mf点不能按常规方法计算,可根据残留奥氏体含量进行估算。     

淬火温度对17 Cr2 Ni2 MoVNb重载齿轮钢组织和硬度的影响

研究了新型齿轮钢17Cr2Ni2MoVNb渗碳之后经不同温度淬火后的微观组织和硬度。结果发现,随淬火温度的升高,渗碳层中未溶碳化物减少、残留奥氏体增加。在860℃淬火时,17Cr2Ni2MoVNb钢渗碳层组织和硬度最佳,其碳化物为3级、残留奥氏体含量为23.55%、硬度达到750 HV0.2、且波动较小。     

20Cr2Ni4A钢齿轮浅层渗碳热处理工艺研究

采用金相和剥层分析法对20Cr2Ni4A钢齿轮浅层渗碳处理工艺进行研究。结果表明,采用860℃渗碳,经淬火+低温回火处理后,渗碳层厚度为0.6~0.8 mm,表面硬度为58~62 HRC,心部硬度为35~47 HRC,所得金相组织符合标准要求。     

20Cr2Ni4A钢齿轮的热处理

一种20Cr2Ni4A钢齿轮要求进行渗碳、淬火处理,达到0.8～1.0 mm的渗层深度、58～62 HRC的表面硬度和34～45 HRC的心部硬度。试验了3种渗碳淬火工艺,最后确定的热处理工艺为:920℃渗碳4 h缓冷,650℃高温回火4 h炉冷至350℃空冷,810℃保温3 h油淬,190℃回火两次。     

20Cr2Ni4A齿轮钢高温渗碳工艺研究

对20Cr2Ni4A齿轮钢的高温渗碳工艺进行了研究,并对其显微组织、硬度梯度、晶粒度等指标进行了测试。结果表明,20Cr2Ni4A齿轮钢在高温渗碳后油淬及高温回火后的显微组织为回火马氏体加少量残留奥氏体,并在渗层表面弥散分布有碳化物颗粒,渗层表面硬度达58~62 HRC。高温渗碳后奥氏体晶粒度可达到8级,显著提高了渗碳效率。     

17 Cr2 Ni2 MoVNb钢的渗碳淬火工艺

对新型渗碳钢17Cr2Ni2MoVNb钢进行了气体渗碳试验及之后的淬火试验。结果表明,同20Cr2Ni4A钢相比,17Cr2Ni2MoVNb钢吸碳能力较强,易形成网状碳化物,需适当降低强渗或扩散期碳势,1.2%强渗期碳势+0.80%～0.85%扩散期碳势组合更有利于实际生产。渗碳后进行770～790℃淬火+180℃回火,渗碳面硬度(≥60 HRC)和基体(非渗碳面)硬度(40 HRC左右)等均满足图样技术要求。     

稀土低温高浓度气体渗碳工艺及其在20Cr2Ni4A钢上的应用

２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢由于渗碳层奥氏体十分稳定，无法渗碳后直接淬火，而需经过复杂的热处理，本文采用稀土低温高浓度大气体渗碳，使渗层过共析区沉淀析出大量细小弥散的碳化物，奥氏体的稳定性大幅度下降，实现了渗后直接淬火，同时使组织和性能得到进一步改善。     

BH复合催渗程控系统的构建及数值模拟

通过对可控气氛多用炉设备进行改造,将闲置不用的氨气管道改为BH催渗用滴注管道并设计了催渗剂滴注控制系统,实现了BH渗碳工艺的自动化控制。研究了20Cr2Ni4A钢930 ℃超级渗碳和BH渗碳两种工艺的渗碳动力学,并模拟了渗层深度与碳浓度分布曲线。结果表明: BH渗碳时碳扩散系数要大于超级渗碳,BH渗碳的扩散系数为2.084×10^-9 mm²·s^-1,超级渗碳为1.667×10^-9 mm²·s^-1。本文模拟的20Cr2Ni4A钢在930 ℃进行BH渗碳及超级渗碳时的碳浓度分布和渗层厚度变化与实际验证情况相符。实际渗碳后要达到相同渗层厚度,采用超级渗碳所需的时间要高于BH渗碳,BH渗碳的渗碳速率提高了22.6%。     

冷处理和深冷处理在渗碳齿轮件中的应用

通过分析18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A钢的冷处理和深冷处理工艺过程,经试验确定合理的工艺参数后应用于渗碳齿轮件的实际生产中。结果表明,冷处理和深冷处理后渗碳层表面硬度提高3~5 HRC,并可有效增加淬硬层深度。     

18Cr2Ni4WA钢渗碳淬火后回火温度对力学性能的影响

为了研究18Cr2Ni4WA钢渗碳淬火后不同回火温度对渗碳表面和未渗碳部分(心部)力学性能的影响,采用显微硬度计、拉伸试验机和冲击试验机对渗碳淬火后不同回火温度下试样的力学性能进行了研究,并且运用ABAQUS仿真软件对不同回火温度下的齿轮试样性能进行了模拟分析。结果发现:随着回火温度的升高,试样硬度和强度降低的同时,心部的冲击吸收能量也下降明显,在300 ℃时其冲击吸收能量值接近于技术要求规定的最小值,考虑到炉温和材料成分存在不均匀性,因此此类钢在某些特定条件下,渗碳淬火后回火温度不宜高于260 ℃。     

18Cr2Ni4WA钢渗碳层质量的综合控制模型

研究了18Cr2Ni4WA钢在不同工艺下渗碳时渗碳层中碳的分布规律，建立了渗碳层深度和表面碳浓度分布的数学模型，为渗碳工艺参数的优化设计、渗碳层深度和表层碳浓度分布的精确控制提供了理论依据。     

Experimental Study on Vacuum Carburizing Process for Low-Carbon Alloy Steel

As a low-carbon alloy steel, 20Cr2Ni4A steel has an excellent mechanical properties. It has been used for producing heavy-duty gears, which require good wear and fatigue resistance. The vacuum carburizing process can improve the quality of gears and extend the service life. In this article, a complete heat-treatment process for 20Cr2Ni4A, with carburizing, tempering, quenching and cryogenic steps involved, was proposed. A numerical method was employed to design the carburizing step. The carburized samples were characterized by analysis of carbon profile, surface-retained austenite content, microstructure, and hardness profile. A good microstructure was obtained with acicular-tempered martensite, less-retained austenite, fine granular-dispersed carbides, and was oxide free. The final surface hardness was 64.2HRC, and the case depth was 0.86 mm, which meet the requirements of products. The relationships among process, performance, and microstructure were investigated to understand the inner connection.     

提高20Cr2Ni4A钢齿轮渗碳淬火硬度的试验研究

针对20Cr2Ni4A钢制造的中大型齿轮在不允许冷处理的条件下渗碳淬火硬度偏低的问题,通过对渗碳淬火碳势、中间高温回火工艺、淬火温度的优化,在不冷处理的情况下使齿轮硬度提高了2 HRC以上至58~61 HRC,显微组织良好,达到了预期目的。试验发现,该材料渗碳后经过高温回火再重新加热淬火时,为了提高表面及次表面硬度,渗碳扩散碳势、渗碳降温保温阶段碳势和淬火碳势在碳化物不超标的前提下要尽量提高;反复试验与检测证明,中间高温回火也会导致渗碳层一定深度内碳含量的降低,从而影响渗碳淬火硬度,故高温回火时不仅要注意回火不足更要防止过回火,高温回火次数过多时间过长,淬火后硬度不升反降。     

复合化学热处理对G13Cr4Mo4Ni4V钢组织和硬度的影响

采用扫描电镜、洛氏硬度计和维氏显微硬度计研究了渗氮140 h对渗碳+淬火+回火G13Cr4Mo4Ni4V钢微观组织及硬度的影响。结果表明,渗碳+淬火+回火后G13Cr4Mo4Ni4V钢有效渗碳层深度为1.45 mm,渗碳层最高硬度为785 HV,心部硬度为420 HV,经渗氮处理后有效渗碳+渗氮层深度降为1.34 mm,渗氮层深度为0.22 mm,渗氮层最高硬度可达到948 HV,心部硬度为451 HV,较未渗氮试样硬度略有提高。渗碳+淬火+回火和添加渗氮处理后G13Cr4Mo4Ni4V钢的表面洛氏硬度相当,均在62~65 HRC 之间,但渗氮处理后试样的硬度波动性较大。添加140 h渗氮的渗碳+淬火+回火后G13Cr4Mo4Ni4V钢实现了“表面硬心部韧”的目标,渗氮层深度满足工程需要,但添加渗氮处理后G13Cr4Mo4Ni4V钢在渗碳层和渗氮层出现类网状碳化物,因此在渗氮过程中需要综合考虑渗氮层深度和微观组织,以获得良好的综合力学性能。     

渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢齿轮淬火畸变影响的模拟研究

采用有限元模拟软件,对热处理气淬过程中渗碳层对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场、应力场、应变场的影响进行了分析,并结合第一性原理方法对其作用机制进行了探索。结果表明:渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场的影响较小,但是应力场结果显示当渗碳层厚度小于0.5 mm时,齿顶表面应力波动明显,齿顶表面的应力由渗碳层厚度0.1 mm的86.7 MPa增加至2.0 mm的278.6 MPa。应变场结果表明在渗碳层厚度为2.0 mm时,齿顶表面等效应变初始值达到2%。第一性原理计算结果显示随着碳浓度的增加,Fe-Fe原子之间的成键强度消弱,新形成的Fe-C键和Cr-C键明显增强,而且Fe与C原子之间电子密度呈明显的方向性。Fe-Fe键的消弱导致18Cr2Ni4WA钢的膨胀系数会随碳浓度增大而增大,因此齿轮因渗碳层过厚而产生的升温畸变在气淬降温阶段并不能恢复,从而加大齿轮尺寸跳动。