一、優(yōu)化滲碳工藝參數(shù):控制齒側(cè)擴散,補足齒底碳量

通過調(diào)整工藝節(jié)奏,減緩齒側(cè)碳擴散速度的同時,為齒底提供更充足的碳供應(yīng)時間,是最直接的解決方案。

降低滲碳溫度(優(yōu)先嘗試)

原理:滲碳層深與溫度呈指數(shù)關(guān)系,溫度降低可顯著減緩碳原子擴散速度(尤其齒側(cè)),同時給齒底更多時間吸附碳并擴散。

操作:在工藝允許范圍內(nèi)(如從930℃降至900-910℃),每降低10-15℃,可減少齒側(cè)層深增長約10%-15%,同時延長保溫時間(如原保溫4h增至5-6h),確保齒底碳量充足。

注意:需結(jié)合材料(如20CrMnTi)的Ac3溫度,避免溫度過低導(dǎo)致滲碳效率過低或滲層不均勻。

采用 “強滲 +擴散” 分段工藝(替代單一恒溫滲碳)

強滲階段:短時、高碳勢(如1.2%-1.3% C),快速提升齒底表面碳濃度(解決齒底碳供應(yīng)不足),此時齒側(cè)雖吸碳快,但時間短,層深未過度增長;

擴散階段:降低碳勢(如0.8%-0.9% C),延長保溫時間,讓齒側(cè)表面多余的碳向內(nèi)部均勻擴散(控制齒側(cè)層深),同時推動齒底碳向心部擴散(補足齒底層深)。

示例:原 “920℃恒溫滲碳5h”改為 “920℃強滲2h(碳勢1.2%)+920℃擴散3h(碳勢0.9%)”,可有效縮小齒側(cè)與齒底的層深差。

二、改進工裝設(shè)計:消除齒底 “碳氣氛死區(qū)”

齒底因凹陷結(jié)構(gòu)易形成氣氛停滯,需通過工裝優(yōu)化改善碳氣氛流動,提升齒底碳吸附效率。

采用鏤空/導(dǎo)流式工裝

氣體滲碳:使用 “網(wǎng)格狀” 或 “條形支撐” 工裝,而非封閉托盤,減少齒底與工裝的接觸面積,讓滲碳氣體循環(huán)至齒底;

固體滲碳:在齒底對應(yīng)位置的工裝處開設(shè) “導(dǎo)流孔”,讓滲劑(如滲碳劑粉末)能填充齒底間隙,避免局部缺碳。

設(shè)計原則:避免工裝遮擋齒輪齒底,確保滲劑(氣體/固體)能直達齒底凹陷處。

具體方案:

優(yōu)化工件擺放角度

將齒輪傾斜放置(如與水平面成15-30°),而非平放,利用重力讓滲劑更易流入齒底,打破 “渦流死區(qū)”,提升齒底碳氣氛更新效率。

三、預(yù)處理優(yōu)化:消除齒底加工應(yīng)力,減少擴散阻礙

齒底殘留的加工應(yīng)力會阻礙碳原子擴散,需在滲碳前通過預(yù)處理消除應(yīng)力,為齒底擴散創(chuàng)造均勻條件。

增加 “去應(yīng)力退火” 工序

時機:在齒輪滾齒/插齒后、滲碳前進行;

參數(shù):溫度控制在550-600℃(低于材料Ac1,避免相變),保溫2-3h后隨爐緩冷,可有效釋放齒底的切削殘留應(yīng)力,減少對滲碳擴散的阻礙。

優(yōu)化齒輪加工參數(shù)(源頭控制應(yīng)力)

加工階段:降低滾齒/插齒的切削速度(如從120m/min降至80-100m/min)、減少進給量,避免齒底因劇烈切削產(chǎn)生過度應(yīng)力集中,從源頭減少應(yīng)力對滲碳的影響。

四、后續(xù)修正:局部調(diào)整超差齒側(cè)(補救措施)

若滲碳后齒側(cè)僅輕微超差(如超0.1-0.2mm),可通過后續(xù)加工微量修正,但需嚴(yán)格控制精度。

方法:對齒側(cè)進行精磨加工,磨除少量超深的滲碳層(磨量≤0.15mm),同時保證齒形精度(如齒向公差、齒距累積公差)和表面粗糙度(Ra≤0.8μm)。

限制:僅適用于輕微超差,磨量過大會導(dǎo)致齒厚減小、影響齒輪嚙合性能,因此需優(yōu)先通過前序方案預(yù)防,此方法為 “補救手段”。

五、驗證與迭代:試滲+參數(shù)微調(diào)

所有方案需通過小批量試滲驗證效果,避免直接批量應(yīng)用:

選取3-5件齒輪,按優(yōu)化后的參數(shù)試滲;

檢測齒側(cè)、齒底的層深(如金相法),若齒側(cè)仍超差,可進一步降低滲碳溫度或縮短強滲時間;若齒底未達標(biāo),可適當(dāng)延長擴散時間或提高擴散階段碳勢;

試滲合格后,再逐步推廣至批量生產(chǎn),確保穩(wěn)定性。

綜上,實際應(yīng)用中需根據(jù)齒輪材質(zhì)(如低碳合金結(jié)構(gòu)鋼)、模數(shù)、設(shè)備類型(井式爐/連續(xù)爐)組合使用上述方案(如 “分段滲碳 +鏤空工裝+去應(yīng)力退火”),核心是通過 “控齒側(cè)、補齒底” 實現(xiàn)層深均勻性達標(biāo)。

更多內(nèi)容請關(guān)注東宇東庵熱處理。