一、优化渗碳工艺参数:控制齿侧扩散,补足齿底碳量
通过调整工艺节奏,减缓齿侧碳扩散速度的同时,为齿底提供更充足的碳供应时间,是最直接的解决方案。
降低渗碳温度(优先尝试)
原理:渗碳层深与温度呈指数关系,温度降低可显著减缓碳原子扩散速度(尤其齿侧),同时给齿底更多时间吸附碳并扩散。
操作:在工艺允许范围内(如从930℃降至900-910℃),每降低10-15℃,可减少齿侧层深增长约10%-15%,同时延长保温时间(如原保温4h增至5-6h),确保齿底碳量充足。
注意:需结合材料(如20CrMnTi)的Ac3温度,避免温度过低导致渗碳效率过低或渗层不均匀。
采用 “强渗 +扩散” 分段工艺(替代单一恒温渗碳)
强渗阶段:短时、高碳势(如1.2%-1.3% C),快速提升齿底表面碳浓度(解决齿底碳供应不足),此时齿侧虽吸碳快,但时间短,层深未过度增长;
扩散阶段:降低碳势(如0.8%-0.9% C),延长保温时间,让齿侧表面多余的碳向内部均匀扩散(控制齿侧层深),同时推动齿底碳向心部扩散(补足齿底层深)。
示例:原 “920℃恒温渗碳5h”改为 “920℃强渗2h(碳势1.2%)+920℃扩散3h(碳势0.9%)”,可有效缩小齿侧与齿底的层深差。
二、改进工装设计:消除齿底 “碳气氛死区”
齿底因凹陷结构易形成气氛停滞,需通过工装优化改善碳气氛流动,提升齿底碳吸附效率。
采用镂空/导流式工装
气体渗碳:使用 “网格状” 或 “条形支撑” 工装,而非封闭托盘,减少齿底与工装的接触面积,让渗碳气体循环至齿底;
固体渗碳:在齿底对应位置的工装处开设 “导流孔”,让渗剂(如渗碳剂粉末)能填充齿底间隙,避免局部缺碳。
设计原则:避免工装遮挡齿轮齿底,确保渗剂(气体/固体)能直达齿底凹陷处。
具体方案:
优化工件摆放角度
将齿轮倾斜放置(如与水平面成15-30°),而非平放,利用重力让渗剂更易流入齿底,打破 “涡流死区”,提升齿底碳气氛更新效率。
三、预处理优化:消除齿底加工应力,减少扩散阻碍
齿底残留的加工应力会阻碍碳原子扩散,需在渗碳前通过预处理消除应力,为齿底扩散创造均匀条件。
增加 “去应力退火” 工序
时机:在齿轮滚齿/插齿后、渗碳前进行;
参数:温度控制在550-600℃(低于材料Ac1,避免相变),保温2-3h后随炉缓冷,可有效释放齿底的切削残留应力,减少对渗碳扩散的阻碍。
优化齿轮加工参数(源头控制应力)
加工阶段:降低滚齿/插齿的切削速度(如从120m/min降至80-100m/min)、减少进给量,避免齿底因剧烈切削产生过度应力集中,从源头减少应力对渗碳的影响。
四、后续修正:局部调整超差齿侧(补救措施)
若渗碳后齿侧仅轻微超差(如超0.1-0.2mm),可通过后续加工微量修正,但需严格控制精度。
方法:对齿侧进行精磨加工,磨除少量超深的渗碳层(磨量≤0.15mm),同时保证齿形精度(如齿向公差、齿距累积公差)和表面粗糙度(Ra≤0.8μm)。
限制:仅适用于轻微超差,磨量过大会导致齿厚减小、影响齿轮啮合性能,因此需优先通过前序方案预防,此方法为 “补救手段”。
五、验证与迭代:试渗+参数微调
所有方案需通过小批量试渗验证效果,避免直接批量应用:
选取3-5件齿轮,按优化后的参数试渗;
检测齿侧、齿底的层深(如金相法),若齿侧仍超差,可进一步降低渗碳温度或缩短强渗时间;若齿底未达标,可适当延长扩散时间或提高扩散阶段碳势;
试渗合格后,再逐步推广至批量生产,确保稳定性。
综上,实际应用中需根据齿轮材质(如低碳合金结构钢)、模数、设备类型(井式炉/连续炉)组合使用上述方案(如 “分段渗碳 +镂空工装+去应力退火”),核心是通过 “控齿侧、补齿底” 实现层深均匀性达标。
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