摘要:通过将12CrNi3等低合金渗碳材料热处理工艺由传统的气体渗碳处理、常规的碳氮共渗(氰化)热处理升级为精准可控的稀土氰化热处理,缩短了热处理I艺时间,提高了齿轮强度以及氰化层的干摩擦性能、抗滑动磨损性能。对于生产高性能的12CrNi3材料齿轮提供了理论分析数据及-些实践经验。

关键词: 12CrNi3等低合金渗碳材料齿轮;渗碳;碳氮共渗(氰化) ;稀土氰化;气氛控制

12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高,退火比较困难,一般采用调质处理 ,使硬度降低到<35hrc ,以满足切削加工。由于非渗碳表面未经防护处理(如镀铜、刷防渗涂料等),因此渗碳后需要进行高温回火,降低硬度,便于切去非渗碳表面的渗碳层。材料加工成齿轮需进行复杂的化学热处理,使芯部硬度达到31 ~41=HRC ,表面硬度≥60HRC

热处理:是齿轮质量控制的关键工序,热处理质量的好坏直接影响到齿轮的齿面啮合与使用寿命。传统的齿轮热处理工艺为气体渗碳工艺、少部分采用碳氮共渗(氰化)工艺。以前由于热处理设备的装机水平与控制水平问题,氰化工艺往往得不到良好的渗层组织性能。笔者研究采用计算机控制,控制渗层层深、表面硬度表面渗层的含碳量、组织碳化物及残余奥氏体的形态分布、硬度梯度等要素,得到了良好的渗层质量和最小的变形量。在此基础上,笔者还研究了稀土氰化工艺,齿轮的热处理工艺时间缩短,也使得碳氮共渗表层组织结构得到改善,稀土氰化后的渗层组织显微分布均匀平缓,使齿轮氰化层的干摩擦性能和抗滑动磨损得到明显提升,显著提高了齿轮性能。

渗碳温度/°C淬火温度/°C第1次第2次冷却介质回火温度/°C冷却介质900℃ ~ 950℃,860℃,780℃ 油200℃水、空气.

合金钢渗碳处理一般在初磨之后、精磨之前,其渗碳温度一般为900~ 920 °C。表面渗碳处理是将含碳的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成-厚度且碳含量较高的渗碳层,经过淬火、回火,使工件的表面层得到碳含高的钢,而芯部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的合金钢。合金钢的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理,可使工件获得外硬内韧的性能。渗碳处理的作用是提高表面层的耐磨性，同时保持芯部有高的耐冲击能力,即强韧性。

气体渗碳热处理工艺流程

12CrNi3钢齿轮气体渗碳工艺流程如下: 900~ 920 °C渗碳→650~ 700 °C高温回火→780 ~800 °C油淬-→-70~-40。C冰冷处理- 150 ~200 °C低温回火。

1.2生产试验结果

渗碳层硬度≥58 HRC。渗碳层碳化物扩散层较浅,约为0.15 mm。淬透性≤50 mm ,芯部组织较粗大。12CrNi3钢在860 °C第1次淬火加热时,碳化物的熔解少,基体的w(C)=0.10% ~0.17% , w(Cr)=0.6% ~ 0.9% ,硫和磷的碳化物熔解更少,镍为主要元素。

渗层硬度、表面硬度散差和芯部组织均未达到产品使用效果,渗层硬度不均勻,芯部硬度偏高。