渗碳淬火工件金相组织的控制措施

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1、万方数据第40卷第4期2012年8月现代冶金ModernMetallurgyV01．40No．4Aug．2012渗碳淬火工件金相组织的控制措施孟继跃(宝钢集团苏冶重工有限公司，江苏苏州215151)摘要：分析了热处理后金相组织对渗碳件性能影响，并提出了相应的控制措施。关键词：渗碳淬火；金相组织；碳化物；热处理工艺中图分类号：TGl56．8+l引言渗碳是目前机械制造业中应用最广泛的表面改性工艺方法，它是将低碳钢在渗碳介质中加热到高温，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的表面渗层组织，随后经淬火和低温回火使其表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳极限，而心部仍保持足够的强度和韧性。钢件经渗碳后的

2、性能不仅取决于表面碳浓度、浓度梯度、渗层深度及表面硬度等指标，还与渗碳表层与心部的最终金相组织有密切关系，渗碳表层与心部的最终金相组织主要指碳化物、马氏体、残余奥氏体和心部铁素体等。1热处理后金相组织对渗碳淬火工件性能影响热处理后金相组织(碳化物、马氏体、残余奥氏体、心部组织等)对渗碳淬火工件性能有较大影响。1．1碳化物大小、数量、形态和分布对渗碳件性能的影响碳化物数量过多，特别是呈粗大网状或条块状时，易降低工件的冲击及抗疲劳性能，甚至产生表面剥落。1．2马氏体形态和残余奥氏体数量对渗碳件性能的影响形成粗大针状的马氏体时容易产生微裂纹，且韧性低、塑性差、材料断裂强度降低，易导致磨削加工

3、时出现磨削裂纹。因此在热处理过程中要避免产生粗大针状的马氏体，尽量获得不大于2级的隐晶状和细针状马氏体(≤2级)。1．3心部组织对渗碳件性能的影响心部存在较多游离铁素体时，会降低心部硬度，并加速疲劳裂纹的扩散。所以心部不允许有多量大块的游离铁素体存在。2渗碳表层与心部金相组织的标准规定金相组织是在随炉代表性试样上检查，重载齿轮应符合JB／T6141．3—1992标准的规定，汽车齿轮应符合QC／T262—1999标准的规定。渗碳层金相显微组织级别的规定要求如表1所示。表1渗碳层金相显微组织级别的规定要求重载齿轮汽车齿轮(JB／T6141．3—1992)(QC／T262—1999)2．1马

4、氏体和残余奥氏体检查部位应在齿宽中部法向截面、节圆部位测定或在代表性试样上作金相检查，金相组织应为隐晶或细针状马氏体加少量残余奥氏体，不允许出现粗针马氏体。收稿日期：2011—12—25作者简介：孟继跃(1964一)，男，高级工程师。电话：(0512)66162501；E—mail：jiyue．meng@bssmmp．com万方数据第4期孟继跃：渗碳淬火工件金相组织的控制措施2．2碳化物检查部位以齿顶角及工作面为准或在代表性试样上检查(应选择在表层碳化物大小、形状及分布最严重处测定)，表面碳化物应分布均匀，不允许出现连续网状、针状和角状碳化物。2．3心部组织检查部位在齿宽中部法向截面轮

5、齿中心线与齿根圆相交处测定或在代表性试样上作金相检查。金相组织应为低碳马氏体或下贝氏体加少量游离铁素体，不允许出现大量块状、网状或针状铁素体。3控制措施不良显微组织的产生与热处理工艺过程和工艺UL划赠参数有很大关系，因此优化热处理工艺是改善金相组织的关键。3．1降低碳化物级别(1)控制渗碳时的碳势(强渗阶段和扩散阶段的碳势)，防止表面碳浓度过高，达到降低碳化物级别的目的。渗碳工艺中常用的设定碳势如表2所示。除了要求高硬度齿轮可采用工艺编号1设定碳势外，宝钢苏冶重工有限公司(以下简称“苏冶重工”)多采用工艺编号3，4来设定碳势，采用此方法设定碳势，虽然碳浓度控制得较好，但工件硬化层深度略

6、浅，且渗速略慢。所以采用工艺编号2设定碳势可弥补以上两方面的不足。无论设定哪种碳势都必须在整个渗碳过程中定期挂片，对炉内实际碳势进行测定和监控。表2渗碳工艺中常用设定碳势图1J4138一08渗碳淬火回火工艺曲线(2)强渗时间和扩散时间的分配也直接影响到渗碳层深度、碳浓度和碳浓度梯度。适当的降低强渗时间(^，)与扩散时间(^：，的比值，即^，：^。一3．o降至2．6～2．8，更有利于碳化物级别控制在不大于2级，碳浓度梯度平稳。J4138一08大齿圈优化工艺(见图1)后达到了要求目标。3．2马氏体形态和残余奥氏体数量控制淬火后得到的条状或计状马氏体一般不穿过原奥氏体的晶粒，说明奥氏体晶粒细

7、小就能获得细马氏体组织，而奥氏体晶粒随淬火加热温度降低而细化，随着淬火加热温度降低即可获得马氏体细化。因此，为了得到细针状马氏体，把淬火加热温度严格控制在810～830。C范围内，以获得隐晶状和细针状马氏体(≤3级)。一般而言，随着马氏体的细化，残余奥氏体数量减少。在保证硬度下，适当提高低温回火温度可以明显降低残余奥氏体级别。3．3降低心部铁素体级别渗碳件的合理淬火加热温度、足够的加热保温时间和冷却速度是降低心部铁素体级别的关键。若淬火加热温度