齿轮渗碳工艺及检验方法

一、渗碳工艺
渗碳处理是表面化学热处理工艺。它是将碳元素渗入到钢的表面，使零件表面碳含量增加，随后通过淬火使表层得到高的硬度，心部得到硬度较低具有良好强韧性的低碳马氏体。渗碳方案有固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种，现在工业中主要采用的是气体渗碳法。
渗碳钢的碳质量分数通常在0.1%~0.25%之间，钢种主要合金元素有Cr、Ni、Mn、Mo和B等，其作用主要提高钢的淬透性，使在渗碳淬火后获得心部高的强度和韧性，目前渗碳工艺应用广泛的为齿轮钢系列产品。
渗碳钢的热处理工序包括预备热处理和渗碳淬火工艺，其中热处理包括普通正火、等温正火、正火+回火、等温退火。渗碳淬火主要有渗碳后预冷直接淬火、渗碳后空冷后一次淬火或渗碳后空冷二次淬火，渗碳淬火后进行回火。
目前齿轮钢常用的标准JB/T7516-1994《齿轮气体渗碳热处理工艺以及质量控制》。在渗碳工序中通过控制表面碳含量、组织中的碳化物及残留奥氏体的形态、分布、表层硬度梯度、以及有效渗碳层深度等，从而可以得到的渗碳层质量和小的变形，提高齿轮的质量。

二、渗碳件检验方法
渗碳层深度和有效硬化层深度均为衡量渗碳质量的重要技术指标。合金钢渗碳层深度为过过共析钢+共析钢+全部过渡层的深度，且过共析层+共析层之和应为总深度的50%。GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》规定了测量方法。
   工件的渗碳层深度一般按照工件的载荷大小选择，一般弯曲疲劳断裂的齿轮渗碳层深度取下限，接触疲劳损坏的齿轮渗碳层深度取上限，载荷大的齿轮渗碳层深度取上限。
渗碳零件通常是在淬火、回火后使用，GB/T25744-2010《钢件渗碳淬火回火金相检验》规定了有限硬化层深度大于0.3mm的工件渗碳淬火回火金相组织的检验、金相组织级别的规定方法。
  1、渗碳后淬火、回火组织
   1）直接淬火组织   渗碳温度较高，若直接淬火得到粗大状马氏体和较多的残余奥氏体，此时淬火应力大，容易产生裂纹。因此，渗碳后一般采用降温淬火，以析出部分碳化物，得到细针状马氏体和少量的残余奥氏体。因此，渗碳后直接淬火工艺，应该严格控制降温淬火的温度。
   2）一次淬火和低温回火组织   一次淬火和低温回火组织是表层为较细的回火针状马氏体、少量的残余奥氏体和少量的颗粒状碳化物，心部组织为低碳马氏体。应严格控制一次淬火加热温度，以保证得到较细针状马氏体和不出现网状碳化物。
   3）二次淬火和低温回火组织   二次淬火的目的是消除网状碳化物及细化组织。渗碳后表层碳含量偏高时，往往出现网状碳化物组织。例如，一次淬火工艺温度偏高，消除网状碳化物组织效果不佳，马氏体针较为粗大，残余奥氏体量多时，采用二次淬火工艺。淬火加热温度选择在心部组织的Ac3以上，以消除网状碳化物和细化心部组织；第二次淬火选择在Ac1以上加热温度，一般为780~800℃，采用油淬得到细小针状马氏体、少量残余奥氏体和颗粒状碳化物组织。
  2、金相试样一般采用随炉试样，试样应与工件材料牌号相同，具有相同的预备热处理状态，表面粗糙度应与工件相同，检验项目见表1。