我公司在生產(chǎn)材料為20CrMoH的太陽(yáng)輪時(shí)，遇到了一些問題，看似簡(jiǎn)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(shù)要求
產(chǎn)品概述：太陽(yáng)輪，模數(shù)1.72mm，直徑約50mm，高度約60mm，材料為20CrMoH。
（1）技術(shù)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(jí)，馬氏體1～5級(jí)，非馬組織深度小于0.02mm。
（2）國(guó)外客戶要求
金相組織檢測(cè)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(yīng)是天鵝絨狀的細(xì)紋晶粒、發(fā)暗，晶粒周圍不得有滲碳體；根據(jù)UNI3245，奧氏體晶粒大小5-8級(jí)；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(qū)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(shè)備是天龍生產(chǎn)的多用爐，型號(hào)為RM9-75/130/75-5-TL。淬火冷卻介質(zhì)使用北京華立精細(xì)化工公司今禹等溫分級(jí)淬火油，型號(hào)Y35-Ⅱ。
3.出爐檢測(cè)結(jié)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(jí)（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(jí)（見圖2）、硬度25、26HRC，碳化物3級(jí)（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(shè)備為天龍生產(chǎn)的多用爐，型號(hào)：RM9-75/130/75-5-TL。淬火油使用的是北京華立精細(xì)化工公司今禹等溫分級(jí)淬火油，型號(hào)Y35-Ⅱ。
5.不合格產(chǎn)品按工藝2進(jìn)行二次淬火試驗(yàn)
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(jí)（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(jí)（見圖7心部）、硬度33HRC、35HRC，碳化物2級(jí)（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(diào)整工藝試驗(yàn)
新工藝如圖11所示。
新工藝結(jié)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(jí)；齒頂碳化物1級(jí)，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(jí)，心部硬度43HRC，結(jié)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(jié)果分析
在此之前我們?cè)?jīng)在分級(jí)油中試驗(yàn)過模數(shù)為3～3.5mm的行星輪，工藝為強(qiáng)滲溫度900℃，淬火溫度為800℃，結(jié)果都能滿足客戶要求，故在生產(chǎn)模數(shù)為1.72mm的太陽(yáng)輪時(shí)為了在滿足產(chǎn)品圖要求的同時(shí)進(jìn)一步減小熱處理變形，將淬火溫度降至780℃后，結(jié)果出現(xiàn)了第三段中所述的問題。
分析認(rèn)為心部硬度低和鐵素體超標(biāo)主要是因?yàn)樵陔p向區(qū)淬火有未溶的鐵素體和先共析鐵素體存在導(dǎo)致。碳化物超標(biāo)主要是淬火溫度低，表面碳勢(shì)又過高，在緩慢降溫過程中飽和的碳在奧氏體晶界析出，導(dǎo)致淬火時(shí)碳化物超標(biāo)。
為此，我們制定了二次淬火工藝（見圖6）重新試驗(yàn)，結(jié)果如第五段所述，有效硬化層超標(biāo)可以理解，因?yàn)槎未慊?50℃增加了一個(gè)小時(shí)的保溫時(shí)間，超標(biāo)自在情理之中，碳化物超標(biāo)但是比一次淬火時(shí)好了許多，為什么呢？我們認(rèn)為是因?yàn)?50℃保溫時(shí)間短、溫度低，一次淬火析出的碳化物來不及完全溶解，導(dǎo)致二次淬火后碳化物仍然殘留而超標(biāo)。另外，還有粗大的碳化物比細(xì)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(biāo)我們認(rèn)為是因?yàn)楣ぜ?shù)太小，淬火溫度較低，出爐淬火過程中，中間運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，在淬火之前降溫過多導(dǎo)致心部溫度進(jìn)入雙向區(qū)所致。
經(jīng)過此次生產(chǎn)，我們認(rèn)為小模數(shù)滲碳淬火產(chǎn)品，淬火溫度的控制應(yīng)謹(jǐn)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(shù)產(chǎn)品出爐過程中由于結(jié)構(gòu)的原因溫降過快對(duì)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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