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1、可控气氛渗碳原理、工艺及常见问题分析一. 渗碳原理1.定义：渗碳是目前机械制造业中应用最广泛的一种化学热处理方法。它是渗 碳介质在工件表面产生的活性碳原子，经过表面吸收和扩散将碳渗入低碳钢或低碳合金钢工件表层，使其达到共析或略高于共析成份时的含碳量，以便将工件淬火和低温回火后，其表层的硬度、强度，特别是疲劳强度和耐磨性较心部都具有显著的提高，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。2化学热处理是将工件放在一定的活性介质中加热，使金属或非金属元素扩散 到工件表层中，改变表面化学成份的热处理方法。通过改变表面化学成份或随后的热处理，可以在同一种材料的工件上使心部和表面获得不同的组织和性能。譬如，可以在
2、保持工件心部有较高的强韧性的同时，使其表面获得高的强度，硬度和耐磨性能。如渗碳，改善零件间抗咬合及提高抗擦伤能力的如渗氮，使工件具有抗氧化、耐高温和抗蚀性能的如渗铝，渗铬，渗硅。3.化学热处理的其本过程： 渗剂金属 渗剂中的反应渗剂中的扩散相界面反应吸附和解吸过程金属中的扩散金属中的反应奥氏体中碳浓度升高，二次Fe3C析出（冷却时）。碳在Me周围富集，碳与Me间相互作用。由于表面心部浓度梯度而发生C的扩散2COC+CO2 渗入组元C，CO； 2CO+FerFer(c)+CO2 CO+H2O CO2+H2CH4 C+2H2 平衡时：acRM=ac表面t1t2t3t4t5T温度 t时间 P总压力
3、Pi渗剂中组元的分压力 ai元素的活度Cp碳势 Me金属 RM渗剂 DE-扩散元素 acRM渗碳介质中碳的活度ac表面工件表面碳活度活度c碳在奥氏体中的相对浓度碳势Cp表征含碳气氛在一定温度下改变钢件表面含碳量能力的参数。3.1第过程渗剂中的反应，平衡常数及其与温度的关系 无论采用何种渗碳剂，主要渗碳组分应均为CO或CH4,产生活性碳原子C.反应式平衡常数平衡常数与温度的关系2CO=C+CO2K=P CO2 / P2 COtgK=8720/ T-0.901CH4=C+H2K=P2H2 / PCH4tgK=-4775/ T+5.77CO +H2O = CO2+H2K=PCO2PH2/P COPH
4、2OtgK=1725/ T-1.59CO=C+1/2O2K=P1/2O2/PCO当 P CO2 / P2 CO ；P2H2 / PCH4；PCO2 PH2/P COPH2O ；P1/2O2/PCO K时，反应正向进行，反之逆向进行。气氛的碳势CP= P2 CO/ PCO2或PCH4/ P H2; PCO/ P1/2O2,是用来度量介质活性即提供活性碳原子的能力。与其气氛组分的分压即平衡常数直接有关，而K有与温度有密切的关系。同样的组分，温度越高，碳势越低。因此，只要控制气氛的组分的分压（或体积分数），就可控制反应进行的方向。不仅保护工件不氧化，不脱碳而且还可以实现渗碳。所谓的碳势控制就是控制这
5、些炉气组分间的相对量。如在RX气氛中由于燃料气体（CH4或C3H8）和空气的比例实际在一个很小的范围内变化（2.38或7.14）。所以H2，CO基本不变，分别为20.7%；38.7%或23%；32%。要控制炉气的碳势，只需改变其中的微量组分CO2或H2O的含量即可。因为根据水煤气反应，在CO，H2量基本不变的情况的下，CO2或H2O有一定的对应关系，同样O2也与之有对应关系。控制任意一个因子的分压即可达到控制碳势的目的。这也是CO2红外仪，露点仪，O2探头控制碳势的原理所在。3.2 第过程渗剂中的扩散，渗剂向零件表面扩散(传递、传输)，然后相界面反应物（CO2，H2O）从界面逸散（包括解吸的渗
6、剂）。与温度T，流速有关。流速与炉压、气流方向、排气口的开启度，保压阀的调整,风扇的数量、位置、马弗安装，零件的装载方式有关。通过排气口加以观察。（生产中拆卸的保压阀的安全问题，碳黑的清理。举例：火苗的长度、颜色白烟、爆火星）3.3第过程相界面反应：渗入元素活性原子C吸附在零件表面并发生反应。吸附过程可能是单纯的物理吸附。同时也可能是在吸附原子C和金属Me表面原子之间发生强烈化合的化学吸附。被吸附的活性介质与金属表面发生吸附解吸过程。3.3.1 以CO为气体渗碳剂时CO分解过程的相界面反应为例（见前图）2CO CO2+C该反应的实质就是一个CO分子从另一个CO分子中夺取氧原子而生成CO2,同时
7、析出一个活性碳原子。这必然要破坏一个CO分子的CO键而碳和氧之间的结合力是很强的，如果单靠两个CO分子间猛烈的碰撞来破坏CO键，完成上述转化过程几乎是不可能。就是说，在气相中进行上述反应需要很高的激活能，反应速度极小。当有金属铁存在时，反应速度就快很多。显然，铁的存在不仅吸收分解出来的C,而且促进了CO的分解，起催化作用。首先CO与铁原子发生吸附，CO被强烈地变形，从而削弱C和O间原有的结合力，为破坏CO键提供有利条件。其次气相中的CO分子碰撞在已被吸附在金属铁表面的CO分子中的氧原子时，被吸附而变形的CO分子就很容易地与气相中CO作用，成为CO2和C，吸附的C又可进一步渗入铁的晶格中。由此说
8、明铁和CO的化学吸附是客观存在的，正因为如此，铁对CO分解的催化作用才能理解。由此可见，吸附作用对CO分解和C的吸收有密切关系。3.3.2 相界面反应的三个阶段l 介质活性原子或分子CO被钢铁表面吸附，对于完全洁净的表面上化学吸附是瞬间即可完成。l 相界面反应，往往首先在金属表面发生还原反应，即H2，CO等将金属表面氧化膜还原（去钝化作用）从而使表面活化，然后再进一步的相界面反应使活性原子在表面被吸附。预氧化的作用就在于使钢铁表面活化而提高渗速和层深均匀化。举金刚例子。l 分解产物CO2脱离工件作为废气排出，同时活性原子被工件表面吸附并向钢铁表面扩散。 换气系数的确定吐故纳新，底出料、浅泳出料
9、方式，换气系数为0.8左右。3.3.3碳传递系数表征渗碳界面反应速度的常数。物理意义为：单位时间（S）内气氛传递到工件表面单位面积的碳量与气氛碳势和工件表面碳含量之间的差值（CP-CS）之比。即/（CP -CS）。与渗碳温度、渗碳介质、渗碳气氛的组份有关,举例肺扩量。3.4第过程 金属中的扩散最重要的过程，化学热处理的关键过程。 3.4.1 渗入元素的原子（如碳原子）在基体金属内部的扩散，取决于碳在钢中的扩散系数和浓度梯度。 扩散系数D=0.162exp(-16575/T) 即D=0.162e-16575/T举例血红蛋白。 碳的扩散系数与渗碳温度，奥氏体碳浓度及合金元素的品种和含量有关。 碳化
10、物形成元素（Cr、Mo、W）降低碳的扩散系数而非碳化物形成元素（Ni、Co）则提高碳的扩散系数；Mn几乎没有影响，而Si却降低碳的扩散系数。但随着温度的变化和合金元素含量的不同其影响是比较复杂的。3.4.2 如果渗碳温度一定，渗层深度与时间服从抛物线规律。即X=802.61/2/10（3720/T） X渗层深度（mm），时间（h）：（含扩散时间，不含加热、降温时间），T绝对温度（K）。 上式可简化为875时，X=0.45r1/2;900时，x=0.541/2 ，925，x =0.631/2.实际上渗碳时间不仅是与渗碳温度有关，还与炉气碳势Cp，合金钢中合金元素及其含量有关。如在920渗碳时，
11、20CrMnMo钢 X=-0.6149+0.57731/2+0.5747Cp 20CrMnTi钢 X=-0.5248+0.55761/2+0.4218Cp通过计算如表 不同钢种 层深（mm）与渗碳时间（h）的关系（920 Cp=1.16）钢种渗碳时间（h）24681020CrMnMo0.871.211.471.681.8720CrMnTi0.751.081.331.541.73渗层差0.120.130.140.140.14可以看出，在同样渗碳条件下，20CrMnMo钢的渗层深度均大于20CrMnTi，表现出较快的渗碳速度。 因此，离线仿真需设置温度、碳势、合金系数，工件有效层深处的碳浓度。1.
12、 渗层深度也可按下式近似计算d=K t1/2-D/ d-渗碳深度；K渗碳速度因子；t-渗碳时间；D-扩散系数；-碳传递系数其中渗碳速度因子与渗碳温度、碳势成正比，与心部含碳量成反比，与合金元素品种及含量有关（见3.4.1）2. 日本内腾武志最佳渗碳扩散时间方程d=2.382lgT-0.608（1） d有效层深（mm）（0.35%）d=2.059lgt1+0.151（2） T总的渗碳时间（h），Tt1+t2d=2.662lgt2+0.179（3） t1强渗时间（h） t2扩散时间（h）d（mm）t1（h）t2（h）强扩比值T（h）2.29.895.741.72（3/1.7）15.632.07.9
13、4.831.64（3/1.8）12.731.75.73.731.53（3/2）9.431.54.523.141.44（3/2.1）7.661.12.892.21.31（3/2.3）5.090.82.071.71.22（3/2.5）3.77由于活性原子向金属内部的扩散是在固态下进行的，是最缓慢的一个环节，从而整个化学热处理的速度，决定性地由活性原子向金属内部扩散的速度所控制。因此工艺的制定、料盘的布置、分区的长短、功率的匹配，渗层浓度梯度的合理等也皆决定性的由此过程所控制。举例双轨道层深差为0.38mm；炉内料盘数，举株齿例子。3.5 第过程金属中的反应1.C在渗入钢件后形成间隙固溶体（浓度不大
14、时），即C溶解在铁原子的间隙里，而引起r-Fe的晶格发生变形和畸变。溶解得越多，晶格变形和畸变越大。因而固溶强化的效果也越大。此类现象称为纯扩散。2.随着C浓度的增加形成碳化物如Fe3C，TiC，CrC3,Mn3C,此类现象称为反应扩散。而Ni，Al不形成碳化物。此过程对不同的钢铁材料采取不同的工艺，满足渗碳金相组织的要求很重要。二 渗碳工艺及常见问题分析1. 预氧化温度: 480500一般切削油的沸点为250-400，此温度范围为汽化脱脂。根据产品颜色判断温度范围。温度250300400500颜色黄铜色发蓝色紫铜色青铜色560以下：3Fe+2O2Fe3O4 Fe3O4+4H23Fe+4H2O
15、 Fe初生态的Fe，分解CO的活性触媒（前面已讲）。560以上2Fe+O22FeO 3Fe2O2Fe3O4，4Fe+3O22Fe2O3表层2Fe2O3，次表层为Fe3O4,内层为FeO，层厚为10um,被H2还原后，在工件表面形成一层不含合金元素的疏松层。增加了氢还原的时间，降低工件渗碳速度和表面硬度。 预氧化温度的控制热电偶的位置和加热元件功率的分布（举例）。运行方向。加热加热强渗扩散降温 热电偶 双推盘渗碳炉热电偶的布置分布热电偶从炉顶插入，热电偶端靠近工件，一般在装料高度（H）顶点以上100160mm处，在有顶风扇的炉区通常放在风扇位置的后侧，即热电偶应放在各区偏后的位置，可以告诉进入下
16、区前工件的实际温度。在加热区可以防止工件超温，在降温淬火区放在最后一个料盘的中间，以便测出工件淬火前实际温度、工件的淬火温度是应当严格控制的。2. 渗碳工艺：用户名称惎江齿轮厂成都天马轴承工艺介质（或气氛）氮甲醇+丙酮Rx+天然气各炉室分区一区二区一区二区预氧化温度460480480490加热室温度880900920930碳势%c-(0.9)-Rx/N流量M3/h/2.34.0/甲醇流量L/h2.0-强渗室温度920920930930碳势%c1.01.01.251.25Rx/N流量M3/h/2.3/2.355甲醇流量L/h2.02.0扩散室温度900930碳势%c0.81.15Rx/N流量M3
17、/h/2.36/甲醇流量L/h2.0降温室温度850860碳势%c0.80.95Rx/N流量M3/h/2.39/甲醇流量L/h2.0淬火油温6080回火温度170160-170推料周期min1758-60有效硬化层深mmHV1550 1.151.20HV1550 2.3载气消耗总流量M3/h22.528主炉膛体积M348.548.5装炉量（净重）Kg /盘2002072.1 渗碳温度由于碳在铁素体中的溶解度极小（最高约0.025%）而在奥氏体中的溶解度较大（最高为2.%），所以渗碳升至在AC3以上（大约在850950）使钢在奥氏体状态下进行。渗碳温度越高，碳的传递速度也就越大，因此加快了整个渗
18、碳速度过程和使渗碳浓度梯度趋于平缓。但是温度也不宜过高。否则使设备寿命显著降低，并使钢的晶粒粗化和表层的含碳量过高而生成网状碳化物和工件变形加大。 * 加热温度一般控制在880900，这样不至于使加热区合闸率太高，影响加热元件寿命，加热温度太高会使工件尖角处提前渗碳产生层深不均匀和产品变形加大。*渗碳温度一般控制在910930（含高温扩散）*淬火温度一般控制在840860左右，使工件心部有良好的组织和合适的硬度，减少工件的淬火变形。2.2 碳势 碳势是表征含碳气氛在一定温度下改变钢件表面含碳量的能力的参数。以低碳钢箔在某一温度下的平衡含碳量来表征炉气在该温度下的碳势，并修正仪表。 炉内碳势的高
19、低对渗层厚度、深层表面含碳量，以及碳浓度梯度有很大的影响，炉内碳势越高，则渗速越快，渗层越厚。渗层含碳量越高，碳浓度梯度越陡。然而，当炉内的碳势高于渗层表面的吸碳能力时，极易在表面形成碳黑，反而使渗速减慢，渗层减薄。分段控制碳势法能有效地防止碳黑的产生，使碳浓度梯度变得平缓。渗层表面碳浓度适当和较快渗速的综合效果。 所谓分段控制法就是把渗碳整个过程分为几段（在连续炉中分成强渗、扩散、降温区）在不同区采用不同的碳势。例如强渗区由于工件有极大的吸碳能力和为了尽快地形成较高的浓度梯度，利于扩散的进行。通常尽可能采用较高的碳势（以碳黑极限为限）。进入扩散区后表面已形成较高的浓度梯度和一定层深，工件吸碳
20、能力减慢，这时应将炉内碳势适当降低。在降温区，可以进一步降低炉内碳势，以达到工艺要求的浓度梯度和表层碳浓度及金相组织要求（见前述工艺） 碳黑极限表8801.117%C9101.217%C9251.268%C9001.184%C9201.251%C9301.285%C2.3保温时间前面已讲碳在钢中的扩散及扩散层深度是温度和时间的函数。渗速随着渗碳时间的延长而减慢。工艺上采取分段（区）控制就是应用这个道理。再介绍一个经验公式作为估算用。 =（0.10.2）t 渗层厚度（mm） t渗碳时间（h） 1mm，系数取（0.150.2）；1mm，系数取（0.10.15）；举例：如=2.2mm，t=2.2/0
21、.15=14.6h，与前表相符。2.4 炉内压力炉压大小明显地影响炉内各种化学反应的速度。降低炉压有利于烷类、烯类的分解就有利于提高碳势，但不利于碳的吸收和溶解。而且炉压过小即不利于废气的排除，吐故纳新，又易使空气进入炉内，对炉内的气密性要求更严。因此一般炉压维持在1030mm水柱（100300Pa）。2.5换气系数与介质的流量 2.5.1 一般周期炉换气系数为炉膛充气容积的58倍，而连续炉一般为23倍，容积大取下限反之取上限。连续炉设置前后室是为了在周期地进出料过程中防止或减少空气进入炉室而干扰炉内气氛，防止热后工件被氧化。前后门打开时总有部分空气进入前后室甚至通过内炉门进入炉内，这些空气会
22、引起炉内周期性地出现负压（开关内炉门室内气体膨胀冷缩及热后零件入油引起），碳势波动现象。碳势失控时间过长会影响渗碳效果和产品金相组织。前后室的净空间愈大，外门敞开时间越长，敞开高度越高会造成炉内负压及气氛波动越大。影响时间也越长。需要增加供气量和调节火帘高度来解决。故有资料介绍气体耗量决定与前室和后室的容积和推料周期而与炉膛的尺寸关系较小。其耗量据下式计算： 气体耗量=（v1+V2）(35)/0.5T （m3/h）V1和V2分别为前后室容积（m3） T为推料周期因爱协林推盘炉潜泳出料可认为无后室，故V2=0，V11m3当推料周期为17分钟（见綦江工艺）可计算：气耗量=（0+1）30.51760
23、21.5m3/h 与实耗22.5 m3/h非常接近。 而同类炉型有前后室且炉门为翻板门，则耗量气为45 m3/h，可说明爱协林双推盘炉省气的原因所在。故爱协林双推炉换气系数为0.5-0.8。2.5.2 载气和富化气1.载气又称为稀释气，包括Rx气、氮甲醇气氛等。其作用是保持炉膛正压，防止空气渗入。二是用来稀释富化气，使之分布均匀；清洁，还原工件表面；输送、传递渗碳活性介质。 Rx气与氮甲醇气氛的气体成份（体积分数%）原料气混合比CO2H2OCH4COH2N2天然气2.380.30.60.820.938.7余量丙烷7.140.30.60.424.033.439.8氮甲醇1：1.10.40.320
24、.140余量 天然气、丙烷的混合比是指空气：原料气氮甲醇混合比是指：1L/h液体甲醇：1.1m3 /N2（见綦江例子）3. 40%N2+60%甲醇裂解气（20%CO，40%H2）为最佳组分即CO为20%。1L/h液体甲醇为1.66m3 /h甲醇气体，故1.66/1.1=1.5符合上述组分比例。当N2或液体甲醇其中一个的流量发生变化时另一个按比例跟着变化以保持CO和H体积分数的稳定。根据前述水煤气反应方程式只有CO和H2的体积分数稳定，碳势才能稳定且CO15%时渗碳速度非常慢。举南高齿例子。* 吸热式发生炉的零压阀的调整非常重要，压力相等流量才能成比例。4. 富化气：其作用是供给渗碳时所需的碳原
25、子和调节气氛的碳势，一般采用天然气（CH4）、C3H8等作为富化气，也可采用丙酮、醋酸乙脂直接滴入工作炉内产生富化气。富化气的通入量必须加以正确的控制。在加热段由于温度还低且不均匀，钢的吸碳能力很小。为避免碳黑产生和局部尖角处先渗碳而产生渗层不均匀。这一段不需要添加富化气。（加热2区可进行碳势检视或设置定碳孔）。 对于周期炉，在一炉工件渗碳过程的不同时期变化富化气的通入量。对于连续炉则对不同区域通入不同的富化气。（现在都通过碳势控制加以调整）。富化气的流量一般要通过工艺实验确定。当温度、材料一定时，富化气的流量与工件表面积有关。举金刚例子。l Rx气氛：富化气CH4（天然气）可按载气流量的10
26、%，C3H8按载气流量的3%计算。氮-甲醇气氛：丙酮按液态甲醇流量的7-12%计算，吸碳面积大时按上限。不能按技术协议的参数照搬。l 吸热式气氛和氮甲醇气氛加富化气的渗碳反应Rx气添加CH4先有下述反应：CH4+CO22CO+2H2 CH4+H2OCO+3H2多余的CH4才按CH4C+2H2 进行分解。按热力学计算CH4析碳能力比CO的析碳能力大近100倍，但一般认为CH4的直接渗碳作用小而它的作用是间接的，主要表现它能降低CO2和H2O、O2的含量。构成炉气渗碳反应的主要环节是CO参加的如下反应：2COC+CO2,Rx气添加C3H8有下述反应：C3H83C+4H2 C3H8+3CO26CO+
27、4H2由于生成活性碳并且CO2还原生成CO二者均使炉气碳势得到提高丙酮裂解反应：CH3COCH3CO+3H2+2C 由于C的产生，提高了炉气的碳势。2.6 淬火油温和搅拌 2.6.1 冷油如好富顿油、K油、油温一般控制在6080；热油如好富顿分级等温淬火油355、2565，油温一般控制在120160.举例王麻子菜刀。 在油温允许范围内适当提高油温可以降低油的粘度，从而使油的冷却能力稍有提高。油温过高，因而工件的温差变小，又会使油的冷却能力有所下降。油温高，油的氧化变质快，淬火油冷却系统要保持良好的状态，使淬火油的温度稳定在要求范围内。油温太低，油粘度上升反而使油冷却能力下降，油的损耗加大。 2
28、.6.2 淬火油的搅拌l 良好的搅拌可避免局部油温过高，使槽中各部分的油温趋于均匀。l 搅动能提高工件和淬火油之间的相对流速，从而提高油的冷却能力。淬火烈度（H）值。搅拌速度一般为0.25m/s,不宜大于1 m/s,螺栓浆的转速一般在100450r/min，超过450r/min就可能混入空气。油的流量12003000m3/h。一般程序为工件入油后延迟110秒钟再搅拌，防止齿轮齿根因淬火油被夹持而造成齿根冷却不够，随后快搅1分钟650r/min再慢搅350450r/min，油冷68分钟，沥油5 10分钟。热油淬火时，工件淬火造成槽内油温上升应控制在20范围内。2.7 渗碳后的热处理l 直接淬火后
29、，对于本质细晶粒钢的渗碳件，晶粒不易长大，因此渗碳后可将零件预冷至略高于Ar3的温度后淬火，这样可以降低淬火温度，减少工件变形，由奥氏体中部分析出二次渗碳体减少淬火后表层残奥量，提高表层硬度。经150200回火后，回火时间不少于1.5小时。组织为表层为回火马氏体+残奥+部分二次渗碳体（合金碳化物）；心部为低碳回火马氏体。l 一次淬火法，将零件渗碳后缓冷，中冷或淬火，然后再重新加热淬火，再加热温度Ac3温度淬火，可以细化晶粒，经150200回火后，表层为回火马氏体+残奥，心部为低碳回火马氏体。如柳工、石金刚线。3.汽车渗碳齿轮的质量指标及其控制方法 3.1 控制表面非马组织 非马组织是渗碳介质中
30、的氧向钢内扩散，在晶界上形成Cr、Mn、Ti、Si等元素的氧化物，使得晶界处合金元素贫化，造成局部渗透性下降出现了黑色的屈氏体组织。经研究，若非马大于13um的门槛值，弯曲疲劳下降2025%，因此规定非马组织0.02mm。在Rx气氛渗碳时为达到1.2mm层深通常伴随约25um非马组织。l 在炉内停留时间过长，内氧化深度X（um）与处理时间t（h）的平方根成正比。 X=（Kp.t）1/2 Kp=49um2/hl 化学成份对非马的影响总氧化势方程 TOP=4.87Si%+3.7Mn%+1.47Cr%-3.2Ni%-1.8Mo% Si是影响钢在渗碳内氧化的主要内在因素。当在渗碳后期碳势过低。出炉时在
31、空气中停留过长，渗剂中的含水量，炉子密封不严（奇瑞例子），淬火油的冷却能力不够，搅拌能力不够（宝法例子）、工件放得太密集，工件上有氧化皮或锈斑等。 解决方法：在强渗阶段，在不产生碳黑的情况下尽可能提高气氛碳势，在高的Cp下可显著减少内氧化并缩短渗碳时间。开启炉门后加大排气。提高淬火油冷却能力和搅拌能力；另外可在降温结束前510分钟向炉内通入0.3m3/h的NH3对渗层进行氮补充合金化，提高渗层淬透性和淬硬性。控制Si，Mn含量。3.2 表面含碳量及碳浓度梯度的控制 最佳含碳量应是不产生过多的残余奥氏体，以保证最大的耐点蚀性能（抗接触疲劳），同时保证获得最大的表面硬度而不形成网状碳化物。这个最佳
32、含碳量依钢种不同而为0.6%0.9%。一般应在保证获得最大表面硬度的前提下尽量降低表面含碳量。20CrMnTi为0.9%；8260H为0.7%。通过剥层，直读光谱和金相组织可以计量判定碳浓度。 深层理想的碳浓度分布如图，采用三点控制： Xk=0.4x(mm)Ck=Cs-0.1% 3.3 马氏体的控制 因为马氏体的形成首先贯穿奥氏体的晶粒，所以马氏体针状大小是与奥氏体晶粒大小密切相关，从工艺上讲，如果渗碳温度过高，奥氏体晶粒就会粗大。此外与原材料晶粒长大倾向有关。（石金刚例子中冷）。 当原材料混晶时就需要采用一次淬火工艺细化晶粒，消除混晶得到合格的马氏体。马氏体针状大小是与残奥含量有密切关系，因
33、为粗大的马氏体针产生微区应力，会阻碍奥氏体转变为马氏体，所以马氏体针越粗，残奥含量就会越多。另外粗大的马氏体也会降低强度，增加脆性。一般控制在25级。 如果马氏体的含碳量在0.60.7%时，其形态是大量板条马氏体+部分针状马氏体。所以有良好的综合强度性能（举石金刚例）。3.4 残余奥氏体的控制残余奥氏体含量多少一直是一个争议较多的问题。有的认为软而不稳定的残余奥氏体会引起表面残余压应力下降，降低齿轮的耐磨性能。而又有的人认为。渗层表面存在较多的残余奥氏体在外界负荷作用下再转变为马氏体而增加残余压应力，同时，由于产生塑性变形，可以松弛应力集中，延迟了裂纹的产生和扩散。 故褒贬不一。在晶粒细小，表
34、面硬度不低于59HRC时，残余奥氏体多一点可以阻止裂纹扩散。齿轮接触应力和剪刀应力分布最大应力点不再表面，所以表面残奥多时，应力小而不会产生残余奥氏体向马氏体的转变。而有利于齿轮啮合。一般控制在15%40%之间（23级）。3.5 碳化物和铁素体的控制 渗层中碳化物的形态、大小及分布对其冲击韧性及弯曲疲劳强度影响甚大，不能允许存在块状、角状及网状碳化物。一般控制在13级。在100X金相显微镜下看不到碳化物为佳。或为细粒状均匀分布的碳化物。 心部铁素体呈大块和网状都不好，其含量应10%。3.6 有效硬化层深DC的控制 DC直接反应了齿轮的综合力学性能，主要受本身淬透性和热处理工艺影响。DC比用金相法测定总渗层浅0.100.5mm(依据钢种与工件有效厚度而异)。界限碳浓度为0.350.4%。3.7 齿心和表面硬度一般认为齿心硬度控制在3542HRC为佳。表面硬度对圆柱齿轮为6061HRC，圆柱齿轮为6063HRC合适。心部组织基本上为低碳马氏体时，具有最高强度和韧性。3.8 渗碳齿轮用钢 应选用本质细晶粒钢，控制在68级，以避免出现粗大针状马氏体。钢材的偏析对渗碳后层深和硬度均匀性影响甚大，应控制在不得不大于3级。钢的淬透性能的高低对齿轮淬火后心部硬度及齿轮变形影响很大。淬透性带一般变速箱齿轮J9=3036HRC,后桥齿轮J9=3742HRC. 王智岩 2008.元月8.
