20CrNi2Mo材料齿轮渗碳工艺改进

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第2 8卷第 1期20 07年 2月

热处理技术与装备R HU IJS U HU EC L I HU Y Z ANG E B I

V0 . 8. . 12 No 1 F b20 e,0 7

工

艺

2 CN2 0 r iMo材料齿轮渗碳工艺改进陈云祥涂小龙郁俐，,(. 1浙江机电职业技术学院，浙江杭州 30 5; 10 3杭州 3 10 ) 123 2杭州前进齿轮箱集团有限公司热处理厂， .浙江

摘

要： 2 CN2 o将 0 ri渗碳钢材料齿轮渗碳工艺由传统的渗碳一 M缓冷一球化退火一加热淬火一低温回火，

改为渗碳后直接淬火，并从理论上分析了直淬的可行性， 0 riM为2 CN2 o的渗碳热处理工艺的改进提供了一些实践经验和理论数据。

关键词： CN2 o渗碳； 2 ri; 0 M直接淬火；碳势控制中图分类号：G 5. 1 T 168 文献标识码： B文章编号：6 3- 9 120 )1- 0 2—0 17 4 7 (07 0 03 2

I r v me to O Ni M o Ge r Ca b n z to r c s mp o e n f2 Cr 2 a r o ia in P o e sCHEN n xa g TU a -o g YU i Yu - i n, Xi o ln, L

( . hj n stt o c a i l n l tc n ier g H nzo Z e ag 0 3 C i; 1 Z e agI tue f hnc dEe r a E gne n, a gh u hj 3 0 5, h a i ni Me aa ci l i i n 1 n

2 H a Tet n at y H ghuQaj erBxGopLd H ghu Z eag 3 0,hn ) . et ra t c r, a zo i i G a o r t, a zo hj 23 C ia me F o n nn u n i n 1 1Ab t a t n t a f h r dt n r c s f a b n zn—lw c o i g a n ai g h a n u n h lw tr— s r c:I se d o e t i o a p o e so r o i g so o l— e n e t g q e c e t a i l c i n n l i o n p r t r e e i g a d r c e c i g atr c r n z t n p o e sw sr i d a d t e n 2 C N 2 a— e au e tmp r, ie tq n h n f

a b iai r c s a a s i d o 0 r i Mo C n u e o o e n r r o ii g se l a .F r r r,fa i i t f r t e c ig i t o ei l a lz d, b n zn te e r u t e mo e e sbl y o i c u n h n e rt al a y e a d s mep a t g h i d e q sh c yn n o rc— i c x e e c s a d t e r t a aa ae p o ie o e i r v me t f a b n z t n h a n r c s . l a e p r n e n o e c d t rvd d frt mp o e n r o iai e t g p e s i h il r h o c o i o Ke wo d: 0 r 2 y r s 2 C Ni Mo;C r n z t n; r c u n h n; a b n p t n i o t l a b iai Di tq e c i g C o o e t c n r o o e r l a o

0前言

2 CN2 o 0 ri是上世纪八十年代末九十年代初从 M

l 2 CN2 o工艺特点 0 riM

美国引进的渗碳钢，一般用于制造重载、大模数的齿由于 2 CN2 o 0 ri材料中镍含量较高， M热处理渗轮。杭齿也将该材料用于制造大型工业传动齿轮箱碳工艺有其特殊性。为了获得理想的金相组织和表的齿轮，该类齿轮模数均在 2 0以上。从化学成分分面硬度，常规的热处理工艺为：渗碳后缓冷一等温球析及热处理工艺资料介绍，此材料的工艺为：渗碳缓冷一高温回火或等温球化退火一加热淬火一低温回化退火(或高温回火 )一加热淬火和低温回火。 2可行性分析

火[] 1。这种传统渗碳工艺较为保守，生产周期也较长。杭齿由于设备所限，无法进行该类材料的渗碳后缓冷工艺 (该材料渗碳后不能在空气中冷却)因，此对 2 CN2 o 0 r i材料齿轮的渗碳必须另僻途径， M进行稳妥的工艺改进。为此，们从 2 CN2我 0 riMo材料工艺特性着手开

N是扩大区的元素。由于2 CN2 o i 0 ri材料中 M N含量较高， i降低了 A点， 1增大了奥氏体的形成速度，使共析成份的碳含量降低，且随着 C、 i rN含量的增加， s M点下降，故渗碳时表面易形成碳化物。因此， N含量较高的渗碳钢，对 i传统的工艺是渗碳一

缓冷一高温回火(或等温球化退火)加热淬火一一低

始进行改进的分析论证，以探讨工艺改进的可行性。收稿日期：06— 9—1 20 0 3

作者简介：陈云祥(94一 )男， 16,副教授，主要从事热处理工艺、金相分析、教学等工作。

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第1期

陈云祥等：0 riMo 2 CN2材料齿轮渗碳工艺改进

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温回火。高温回火使马氏体分解为回火索氏体，同时残余奥氏体中将析出含 c的碳化物， r因而使残余奥氏体的马氏体点升高，回火后的冷却过程中残在余奥氏体将全部分解，在重新加热淬火时，铬的碳化物溶解较慢，奥氏体中的碳和铬的含量减少，淬火冷却后的组织较细且残余奥氏体量较少。 c、i rN含量较高的渗碳钢，由于共析成份的碳含量降低，渗碳时表面易形成碳化物，使表层奥氏体中的碳含量低于次表层。由 C T曲线可知， C随含碳量的提高，淬透性也提高， C曲线右移。这样，果渗如碳后空冷，表层可能会形成屈氏体组织，次表层形而

根据此材料的这种特性，我们分析，如果将渗碳表层的碳浓度和整个渗碳层的碳浓度梯度都控制在一

个适当的范围内，同时选择一个合理的淬火温度

和淬火介质，则实现 2 CN2 o 0 riM渗碳直接淬火还是有可能的。关键是要控制好表面碳势和淬火温度， 尤其是扩散期的碳势。2 1 2 CN2材料特性 . 0 riMo 2 CN2材料的化学成份见表 1 0 riMo。由表可知，钢种镍含量较高，铬、含量之该且镍比接近 13其淬透性达到最佳。:, 22工艺试验与结果分析 .根据以上分析，先对此材料进行了多次渗碳首工艺试验。采用 3 m× 6m的圆棒试样进行 2m 7 m

成马氏体组织，由于马氏体的比容大，因此渗碳后空冷易产生表面裂纹。而渗碳直接淬火后，出现碳易化物级别超差，马氏体、残余奥氏体级别超差，硬度偏低等现象。

渗碳，严格控制碳势、淬火温度，并直接淬火。其中 两次的具体参数和检验结果如表 2:

表 1化学成分(质量分数)

%

表 2试棒渗碳参数及检验结果碳 Y/ o )￣

次数

渗碳温度/ ℃

一

淬火温度/ ℃

表￣/ R H C

金相组织

强渗期‘扩散期

淬火前

由多轮工艺

试验的结果可以看出，我们前面的 分析是正确的，处理结果达到了设计要求，说明该工艺是可行的，关键是要严格控制扩散期和淬火前的碳势及淬火温度。如果人工控制难度较大，采用可自动控制以实现之。3工艺实施

o. 5 4齿轮为例，料为 2 CN2 o齿顶圆直径 3材 0 ri, M 18 m,宽 4 2ml渗层深度要求 3 3—3 9 4 5m齿 2 i, l . . m m。这么大的齿轮，么深的层深，企业均为第这在一

次，对我们是一个严峻的考验。

3 2工艺过程 .

所用设备是具备碳控系统自动化控制的井式气体渗碳炉，可以根据不同层深的零件编制相应的工艺程序而自动进行碳势、时间及过程控制。由于采用渗碳直接淬火工艺，以对工艺参数进行了较大所的调整。对强渗和扩散期的碳势、间，火温度和时淬通过工艺试验并考虑到零件的形状尺寸，用选

由无锡天龙生产的 10 m× 80m 60m 10 m井式气体渗碳炉生产。该设备具备炉内主控、炉外辅控的精确温度控制系统以及采用欧陆 40 0 8可编程碳控表

淬火前的碳势作了严格的规定。升温时，当控制适升温速度， 80o均温一定时间，在 5 C升温至 90o 3 C均温半小时后进人强渗，强渗期碳势为 12 . .%扩散期碳势为 0 8%, .5降温后碳势为 07%,火温度为 .3淬 80℃, 6=油中淬火冷却， 2在 Oc机 I最后 10a低温回 8:【火。具体工艺过程见图 1。 (下转第 5 8页 )

的精确碳势控制系统。通过辅之以人工抽样，在整个操作过程中能更准确地控制炉内碳势。 3 1生产零件 .从 20年上半年开始， 04我们陆续对工业传动箱产品的齿轮、轴齿轮等共 2个品种的零件， 6 4共 O个左右的齿轮、齿轮进行渗碳直接淬火。以C Y 5轴 S一 1 5

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热处理技术与装备

第2 8卷

4工作室门开启时，内风扇继续运行， )炉以使炉膛内水气积聚量降至最低程度。对于网带炉：

7结束语

.

1 U O聚合物淬火介质在正确的使用条件 ) CN下，有良好的抗老化变质能力。具

1下料口设置水帘、 )排烟器及水冷套，防止水气进入炉膛。

2结合热处理的不

同工艺参数及操作条件， )有望进一步提高使用 U O C N介质淬火件的质量，并扩大其使用范围。参考文献

2注意淬火介质的搅拌和循环。工件在冷却初 )始阶段强化搅拌，以使工件均匀快速冷却。在冷却即将结束阶段可减弱搅拌。并按此原则设置搅拌器的位置及数量。 3可在滑道和起料带之间的适当液位设置喷流 )装置，只要适当调节液压、量即可适应各种工况流

[]张克俭 .A 1 P G淬火液使用中的变化规律[]金属热处 J.理，9 9 5 3 4 . 1 9,:9- 1

[] G E"tn如何有效地使用聚合物淬火剂[]金 2 . .oe等. rt J.属热处理， 9,:3 8 1 2 75—5 . 9

(如不同材质、规格、几何形状和装炉量)所需的冷却烈度。这一方法在江浙沪等地的数十家不同网带炉生产线上均取得良好效果。对于采用叶轮搅拌器的 网带炉，当调整位置、若适方向和转速，也可以调节冷却液的冷却烈度以适应不同工况， U O聚合为 CN物淬火液的使用提供合适的搅拌。

[]侯爱琴 .溶性淬火介质的搅拌[]金属热处理， 3水 J.l 9 2:0 -4 . 9 6. 4 1

[]雷仲眉，洪. 4水聚合物淬火介质的应用[]金属热处 J.理，9 8 1:6— 8 19,12 2 .

[] G E"tn H nbo . unhn d unh g 5 . .oe等. adoko Q ecat a eci rt f sn Q n Tcnl y M]A M l9 . eho g[ . S 3 o 9

(上接第 3 3页)4分析与结论

℃

正如前面分析的那样， i N是扩大区元素，由于

2 CN2 o 0 ri材料中 N含量较高， M i降低 A点， 增大了奥氏体的形成速度，降低 A点， 使共析成份的碳含量降低，且随着 C、 i rN含量的增加， s M点下降。在渗时间， I l

碳后期，碳势控制在 0 7%左右，将 .3比较接近

图 1工艺曲线

33实施结果 .三炉次的检验结果见表 3:表 3检验结果炉次 l 2 3 金相组织 C( )M( )A )F 1 1 1 1 ( ) c( )M( )A )F 1 1 1 1 ( ) C1 ( )M( )A )F 1 1 1 ( )硬化层深 H l5 齿面 H C V50 R 39 .6 3 5 .8 3 8 .9 5 5

8— 9 5 5 8— 9 5 8—5 9

2 CN2 o 0 ri材料的共析成分， M渗碳后在控制好淬火温度的情况下，直接淬火后，金相组织均为 1,级硬度在 H C5 6右。 R 9— O左

可见对 2 CN2 o 0 ri材料， M在渗碳过程中，控制好碳势和加热温度，特别是后期碳势和淬火温度，渗碳后直接淬火是完全可行的。参考文献

[]关力等.承.0 11. 1轴 20, 0[]崔昆.材料及有色金属材料 . 2钢铁

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cmhi.html