我公司在生產材料為20CrMoH的太陽輪時，遇到了一些問題，看似簡單但也值得注意。這里提供給同行與大家共享，還望各位有興趣的同行給予斧正。
1.技術要求
產品概述：太陽輪，模數1.72mm，直徑約50mm，高度約60mm，材料為20CrMoH。
（1）技術要求
表面硬度為60～62HRC，心部硬度為35～45HRC。有效硬化層深度為0.5～0.7mm。組織：殘留奧氏體小于15%，碳化物0～1級，馬氏體1～5級，非馬組織深度小于0.02mm。
（2）國外客戶要求
金相組織檢測表層馬氏體組織中，殘留奧氏體的含量最多為：10%～15%；組織表面應是天鵝絨狀的細紋晶粒、發暗，晶粒周圍不得有滲碳體；根據UNI3245，奧氏體晶粒大小5-8級；表面脫碳的氧化層和屈氏體痕跡的最小層厚度(非馬氏體區域)允許最大15～20μm。
2.工藝曲線
工藝1曲線如圖1所示，使用設備是天龍生產的多用爐，型號為RM9-75/130/75-5-TL。淬火冷卻介質使用北京華立精細化工公司今禹等溫分級淬火油，型號Y35-Ⅱ。
3.出爐檢測結果
組織如圖2～圖4所示。表面硬度60、62HRC，表面非馬組織無論齒面、齒頂、齒根都小于0.02mm（如圖3～圖5），有效硬化層0.59mm，馬氏體2級（見圖3），殘留奧氏體小于15%（見圖3），符合客戶要求；但是心部鐵素體5級（見圖2）、硬度25、26HRC，碳化物3級（見圖4）超出客戶要求。
圖2 心部（400×）
圖3 齒面（400×）
圖4 齒頂（400×）
圖5 齒根（400×）
4.二次淬火工藝曲線
工藝1曲線如圖6所示，使用設備為天龍生產的多用爐，型號：RM9-75/130/75-5-TL。淬火油使用的是北京華立精細化工公司今禹等溫分級淬火油，型號Y35-Ⅱ。
5.不合格產品按工藝2進行二次淬火試驗
組織如圖7～圖10所示。表面硬度為60HRC、62HRC，表面非馬組織小于0.02mm（見圖8齒面、圖9齒頂、圖10齒根），馬氏體2級（見圖8），殘留奧氏體15%（見圖8），符合客戶要求；但是有效硬化層0.75mm，心部鐵素體4級（見圖7心部）、硬度33HRC、35HRC，碳化物2級（見圖9）超出客戶要求。
圖7 心部（400×）
圖8 齒面（400×）
圖9 齒頂（400×）
圖10 齒根（400×）
6.重新調整工藝試驗
新工藝如圖11所示。
新工藝結果：心部為板條馬氏體加少量的貝氏體組織如圖12所示；齒面為馬氏體組織如圖13所示，三級；齒頂碳化物1級，為彌散顆粒狀碳化物如圖14所示；齒根為馬氏體組織如圖15所示，三級，心部硬度43HRC，結果完全符合外商的要求。
圖12 心部 （400×）
圖13 齒面（400×）
圖11 齒頂（400×）
圖12 齒根（400×）
7.結果分析
在此之前我們曾經在分級油中試驗過模數為3～3.5mm的行星輪，工藝為強滲溫度900℃，淬火溫度為800℃，結果都能滿足客戶要求，故在生產模數為1.72mm的太陽輪時為了在滿足產品圖要求的同時進一步減小熱處理變形，將淬火溫度降至780℃后，結果出現了第三段中所述的問題。
分析認為心部硬度低和鐵素體超標主要是因為在雙向區淬火有未溶的鐵素體和先共析鐵素體存在導致。碳化物超標主要是淬火溫度低，表面碳勢又過高，在緩慢降溫過程中飽和的碳在奧氏體晶界析出，導致淬火時碳化物超標。
為此，我們制定了二次淬火工藝（見圖6）重新試驗，結果如第五段所述，有效硬化層超標可以理解，因為二次淬火850℃增加了一個小時的保溫時間，超標自在情理之中，碳化物超標但是比一次淬火時好了許多，為什么呢？我們認為是因為850℃保溫時間短、溫度低，一次淬火析出的碳化物來不及完全溶解，導致二次淬火后碳化物仍然殘留而超標。另外，還有粗大的碳化物比細小的碳化物要難溶，粒狀碳化物比片狀碳化物難溶，所以滲碳后的過共析的部分加熱溫度即使高于Acm，組織中也可以存在未溶的碳化物。心部鐵素體超標我們認為是因為工件模數太小，淬火溫度較低，出爐淬火過程中，中間運行時間過長，在淬火之前降溫過多導致心部溫度進入雙向區所致。
經過此次生產，我們認為小模數滲碳淬火產品，淬火溫度的控制應謹慎，不能一味的為滿足心部硬度而降低淬火溫度，一定要考慮小模數產品出爐過程中由于結構的原因溫降過快對心部硬度和組織的影響。
作者：張同保
單位：江蘇匯九齒輪有限公司熱處理部
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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