齒輪鋼22CrMoH 多用爐熱處理工藝改進(jìn)

于永波

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系， 山西 長治 046011）

汽車工業(yè)是我國工業(yè)制造的重要支柱，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)其性能要求也越來越高。汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，而主從動(dòng)錐齒輪又是其中的關(guān)鍵部件，不僅要求心部要有足夠的塑性和耐沖擊性，而且表面要有很高的硬度和耐磨性。我國現(xiàn)階段汽車齒輪滲碳用鋼主要以20CrMnTi 為主，但對(duì)于抗沖擊性能要求更高的大模數(shù)重載齒輪來說很難滿足使用要求。那么，探究新的汽車齒輪滲碳用鋼及后續(xù)熱處理工藝就非常的重要。

現(xiàn)某廠采用材料22CrMoH 制造重型汽車后橋主動(dòng)圓錐齒輪，在實(shí)際熱處理生產(chǎn)過程后，表面硬度低于58 HRC，本文旨在通過對(duì)原熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，來改善熱處理后表面組織，最終保證零件表面硬度達(dá)到技術(shù)要求。

1 技術(shù)要求及原熱處理工藝

齒輪鋼22CrMoH 的化學(xué)成分見表1。

表1 22CrMoH 齒輪鋼化學(xué)成分 %

技術(shù)要求：滲碳層深度為1.5~1.9 mm；表面硬度（HRC）為60~64；心部硬度（HRC）為30~45。

金相組織：馬氏體及殘余奧氏體小于3 級(jí)，碳化物小于5 級(jí)。

熱處理設(shè)備采用BBH-FE-600 預(yù)抽真空多用爐，生產(chǎn)過程中采用滴注式滲碳?xì)夥?。熱處理工藝如圖1，經(jīng)此熱處理工藝后，表面硬度（HRC）低于58。

圖1 22CrMoH 原滲碳淬火與回火工藝曲線

2 原因分析

經(jīng)過原熱處理工藝后獲得的金相組織如圖2 所示。在金相中，距離滲碳表面距離越遠(yuǎn)，殘余奧氏體數(shù)量越少，針狀馬氏體尺寸越細(xì)小，相反，距離滲碳表面越近，殘余奧氏體數(shù)量越多，針狀馬氏體尺寸越粗大。這主要是由于在滲碳過程中，表面碳勢高，心部碳勢低，碳原子由碳勢高的表面往碳勢低的心部進(jìn)行擴(kuò)散，造成碳含量由表面向心部逐漸遞減，含碳量越高，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度也就越低，馬氏體轉(zhuǎn)變也就越不完全，殘余奧氏體數(shù)量也就越多。表面殘余奧氏體的大量存在是造成硬度不足的重要原因。

圖2 22CrMoH 熱處理后金相組織（500×）

3 熱處理工藝改進(jìn)

3.1 增加擴(kuò)散階段

滲碳碳勢越高，滲碳表面的碳含量越高，生產(chǎn)效率越高。但碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，將會(huì)導(dǎo)致表面的殘余奧氏體增多，硬度下降。因而解決表面碳含量過高的問題，首先考慮降低碳勢，但如果直接減低碳勢，生產(chǎn)周期將會(huì)大大延長，從而提高生產(chǎn)成本。

原先的滲碳工藝為一段式滲碳，強(qiáng)滲溫度為930 ℃、碳勢為1.15%。一段式滲碳的優(yōu)勢是表面碳濃度高、滲碳速度快，但形成的滲碳層過渡區(qū)域窄，碳濃度梯度大，因而必須增加擴(kuò)散段以便降低表面含碳量，擴(kuò)大滲碳層深度，使?jié)B碳過渡區(qū)趨于平緩。所以將原先的一段式滲碳改為二段式滲碳，強(qiáng)滲碳勢為1.15%、擴(kuò)散碳勢為0.8%，同時(shí)將預(yù)冷和壓淬的碳勢改為0.75%，最大限度的降低高碳的影響，降低后續(xù)殘余奧氏體的影響。為了不明顯的降低生產(chǎn)效率，我們將強(qiáng)滲階段的溫度依舊保持在930 ℃，擴(kuò)散階段的溫度降為920 ℃。

3.2 降低淬火溫度

滲碳后的淬火溫度，一般選在Accm以下，這樣可以保留一部分的合金碳化物，淬火過程中這部分合金碳化物可以阻礙晶粒的長大，起到晶粒細(xì)化的作用。淬火溫度越高，合金碳化物在組織中的比例就會(huì)越低，消失的碳和合金元素就會(huì)進(jìn)入奧氏體晶格中，形成固溶強(qiáng)化，使奧氏體的穩(wěn)定性增加，造成淬火后殘余奧氏體的量增多，同時(shí)得到的馬氏體組織也較為粗大。故將原先的淬火溫度由880 ℃降低到850 ℃，可以降低組織中殘余奧氏體的含量，提高材料的硬度。

3.3 提高回火溫度

在回火過程中，將溫度由190 ℃適當(dāng)提高到200 ℃，可以使殘余奧氏體盡可能多的轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，但同時(shí)溫度不宜過高，溫度越高，碳的擴(kuò)散能力越強(qiáng)，越有利于其從過飽和的馬氏體中以碳化物的形式析出，造成馬氏體的含碳量降低，此時(shí)得到的回火馬氏體硬度就會(huì)顯著下降。

經(jīng)過改進(jìn)后的滲碳淬火與回火工藝曲線如圖3所示。

圖3 22CrMoH 改進(jìn)后的滲碳淬火與回火工藝曲線

齒輪鋼22CrMoH 多用爐滲碳熱處理通過工藝改進(jìn)后的最終硬度可達(dá)63~66 HRC，完全可以滿足客戶的使用要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)原有齒輪鋼22CrMoH 多用爐滲碳熱處理工藝的改進(jìn)，從滲碳、淬火、回火三個(gè)方面進(jìn)行改善：強(qiáng)滲階段碳勢為1.15%、溫度為930 ℃，擴(kuò)散階段碳勢為0.8%、溫度為920 ℃，淬火溫度為850 ℃，回火溫度為200 ℃，最終降低了表面殘余奧氏體的含量，提高了表面硬度，滿足了技術(shù)要求。