滲碳淬火變形
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-28
滲碳淬火變形的實例教程
本文主要針對某項目擋位結合齒在工藝開發試制過程中，發現了表面非馬氏體組織缺陷，分析與鍛坯表面脫碳有較大關系，通過幾種脫碳試驗結果對比，確定了表面脫碳對滲碳熱處理工藝的影響，對鍛件表面脫碳技術要求的制定具有參考意義。
由國內某公司研發的7 速TST 雙離合器變速箱綜合傳動效率達到94%，最高效率達到97%，具有最佳的燃油經濟性，同時讓消費者擁有優越的駕車體驗，換擋時間低于0.2s。該變速器齒軸類零件采用冷熱復合結合鍛造、低壓真空滲氮等自動化生產工藝，本文以六七擋結合齒為例，零件外貌如圖1 所示，對工藝試驗中出現的齒部非馬氏體組織成因進行分析，制定相應措施。
圖1 六七擋結合齒零件外貌
問題描述
工藝開發試驗階段，滲碳淬火后對齒部理化進行檢測，發現齒部外緣出現大量黑色非馬氏體組織如圖2 所示，與此同時，其他整體式結合齒也有類似情況出現，主要工藝流程為溫鍛→等溫退火→冷精整→機加工→滲碳淬火，結合齒部位在冷精整成形后，不經過后續機加工處理，直接進行滲碳淬火，發現非馬氏體組織的同時，表面硬度和滲層深度也低于下限值。
圖2 六七擋結合齒非馬氏體組織形貌
問題分析
利用魚骨質量分析方法，對該質量問題進行剖析如圖3 所示，由原熱鍛+車外徑工藝流程轉變為溫鍛+不車外徑，其鍛造工藝存在變更情況，分析認為表面脫碳對非馬氏體組織的形成是問題的關鍵。
圖3 “人機料法環測”質量分析
鍛件在熱鍛成形和正火過程中，鋼材中頻快速加熱后，鍛件整體溫度快速上升，一旦達到材料Ac
1 溫度附近，鍛件表面便逐漸形成脫碳。脫碳與化學成分、加熱溫度、保溫時間、碳的金相形式、環境氣氛等都有很大關系。
展開 滲碳件常見缺陷與對策
滲碳層出現大塊狀或網狀碳化物
缺陷產生原因：表面碳濃度過高
1．滴注式滲碳，滴量過大
2．控制氣氛滲碳，富化氣太多
3．液體滲碳，鹽浴氰根含量過高
4．滲碳層出爐空冷，冷速太慢
對策：
1．降低表面碳濃度，擴散期內減少滴量和適當提高擴散期濕度，也可適當減少滲碳期滴量
2．減少固體滲碳的催碳劑
3．減少液體滲碳的氰根含量
4．夏天室溫太高，滲后空冷件可吹風助冷
5．提高淬火加熱溫度50~80oC并適當延長保溫時間
6．兩次淬火或正火+淬火，也可正火+高溫回火，然后淬火回火
滲層出現大量殘余奧氏體
缺陷產生原因：
1．奧氏體較穩定，奧氏體中碳及合金元素的含量較高
2．回火不及時，奧氏體熱穩定化
3．回火后冷卻太慢
對策：
1．表面碳濃度不宜太高
2．降低直接淬火或重新加熱淬火溫度，控制心部鐵素體的級別≤3級
3．低溫回火后快冷
4．可以重新加熱淬火，冷處理，也可高溫回火后重新淬火
表面脫碳
缺陷產生原因：
1．氣體滲碳后期，爐氣碳勢低
2．固體滲碳后，冷卻速度過慢
3．滲碳后空冷時間過長
4．在冷卻井中無保護冷卻
5．空氣爐加熱淬火無保護氣體
6．鹽浴爐加熱淬火，鹽浴脫氧不徹底
對策：
1．在碳勢適宜的介質中補滲
2．淬火后作噴丸處理
3．磨削余量，較大件允許有一定脫碳層（≤0.02mm）
滲碳層淬火后出現屈氏體組織（黑色組織）
缺陷產生原因：滲碳介質中含氧量較高：氧擴散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素貧化，使淬透性降低
對策：
1．控制爐氣介質成分，
展開 滲碳件常見缺陷與對策
滲碳層出現大塊狀或網狀碳化物
缺陷產生原因：表面碳濃度過高
1．滴注式滲碳，滴量過大
2．控制氣氛滲碳，富化氣太多
3．液體滲碳，鹽浴氰根含量過高
4．滲碳層出爐空冷，冷速太慢
對策：
1．降低表面碳濃度，擴散期內減少滴量和適當提高擴散期濕度，也可適當減少滲碳期滴量
2．減少固體滲碳的催碳劑
3．減少液體滲碳的氰根含量
4．夏天室溫太高，滲后空冷件可吹風助冷
5．提高淬火加熱溫度50~80oC并適當延長保溫時間
6．兩次淬火或正火+淬火，也可正火+高溫回火，然后淬火回火
滲層出現大量殘余奧氏體
缺陷產生原因：
1．奧氏體較穩定，奧氏體中碳及合金元素的含量較高
2．回火不及時，奧氏體熱穩定化
3．回火后冷卻太慢
對策：
1．表面碳濃度不宜太高
2．降低直接淬火或重新加熱淬火溫度，控制心部鐵素體的級別≤3級
3．低溫回火后快冷
4．可以重新加熱淬火，冷處理，也可高溫回火后重新淬火
表面脫碳
缺陷產生原因：
1．氣體滲碳后期，爐氣碳勢低
2．固體滲碳后，冷卻速度過慢
3．滲碳后空冷時間過長
4．在冷卻井中無保護冷卻
5．空氣爐加熱淬火無保護氣體
6．鹽浴爐加熱淬火，鹽浴脫氧不徹底
對策：
1．在碳勢適宜的介質中補滲
2．淬火后作噴丸處理
3．磨削余量，較大件允許有一定脫碳層（≤0.02mm）
滲碳層淬火后出現屈氏體組織（黑色組織）
缺陷產生原因：滲碳介質中含氧量較高：氧擴散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素貧化，使淬透性降低
對策：
1．控制爐氣介質成分，降低含氧量
2．用噴丸可以進行補救
3．提高淬火介質冷卻能力
展開 筆記110：表面炭黑的成因及其對滲碳淬火鋼件質量的影響
這是由于表層比內層的馬氏體含碳低，比體積小，淬火時使聯碳的表層受到拉應力作用。在機械加工中未完全除去脫磷層的零件在高頻或火焰表面淬火時也會形成網狀裂紋，為避免此類裂紋應嚴格控制零 件表面質量，熱處理時應盡量防止氧化雎接現象。另外，鍛模使用一定時間后，型腔中出現的成條排列或網狀的熱疲勞龜裂以及淬火零件在磨削過程中的裂紋均屬于這種形式。
剝離裂紋產生在表層很窄的區域內，其軸向和切向作用著壓應力，徑向為拉應力狀態，裂紋平行于零件表面，表面淬火和滲碳零件冷卻后發生硬化層的剝落均屬于此類裂紋。它的產生與硬化層內組織不均勻有關，例如合金滲碳鋼以一定速度冷卻后，其滲碳層內的組織為：外層極細珠光體＋碳化物，次層為馬氏體＋殘余奧氏體，內層為細珠光體或極細珠光體組織。由于次層馬氏體的形成比體積最大，體積膨脹的結果使表層的軸向、切向作用著壓應力,徑向為拉應力，并向內部發生應力突變，過渡為壓應力狀態，剝離裂紋產生在應力急劇過渡的極薄區域內。一般情況下，裂紋潛伏在平行于表面的內部，嚴重時造成表面剝落。若加快或減饅滲碳件的冷速，使滲碳層內獲得均勻一致的馬氏體組織或極細珠光體組織，可防止這類裂紋的產生。此外，髙頻或火焰表面淬火時，常因表面過熱，沿硬化層的組織不均勻性也容易形成這類表面裂紋。
顯微裂紋與前述四種裂紋不同，它是由顯微應力造成的。高碳工具鋼或滲碳工件淬火過熱再經磨削后出現的沿晶裂紋，以及淬火零件不及時回火引起的裂紋都與鋼中存在顯微裂紋并隨之擴張有關。
顯微裂紋須在顯微鏡下檢查，其通常在原奧氏體晶界處或馬氏體片的交界處產生，有的裂紋穿過馬氏體片。研究表明，顯微裂紋多見于片狀孿晶馬氏體中，原因是片狀馬氏體在髙速長大時相互撞擊產生很高的應力，而孿晶馬氏體本身性脆，不能產生塑性變形使應力松弛，因而易產生顯微裂紋。
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滲碳淬火變形的最新內容
由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
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影響制件淬火變形的主要因素
1、鋼的成分及原始組織：
①鋼中的碳和合金元素多少均對淬火變形存在影響。對于碳含量而言：低碳鋼淬火變形主要以熱應力為主，小尺寸中碳鋼以組織應力變形為主，大尺寸中碳鋼以熱應力變形為主，高碳鋼以熱應力變形為主。對于合金元素而言：低合金鋼完全淬透為馬氏體的情況下
由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
影響制件淬火變形的主要因素 1、鋼的成分及原始組織： ①鋼中的碳和合金元素多少均對淬火變形存在影響。對于碳含量而言：低碳鋼淬火變形主要以熱應力為主，小尺寸中碳鋼以組織應力變形為主，大尺寸中碳鋼以熱應力變形為主，高碳鋼以熱應力變形為主。對于合金元素而言：低合金鋼完全淬透為馬氏體的情況下，通常以體積變形和組織應力起主要作用，而中心未淬透時，表層為馬氏體組織，心部為屈氏體的情況下，變形則由組織應力和熱應
冷拔珠光體鋼絲(PSWs)具有超高的強度和足夠的延性。在實驗室階段，鋼絲的極限抗拉強度甚至接近7GPa。由于其顯著的力學性能，PSW在實際應用中具有不可替代的工程價值。多個學者研究了PSW的微觀結構及其與優異力學性能的關系，全珠光體鋼由納米鐵素體和滲碳體(Fe3C)片層組成，高密度間相邊界作為位錯滑移的障礙，顯著增加了材料的流動應力。隨著變形應變的增加，層間距離減小，冷拉鋼絲的強度進一步提高。在珠
由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
筆記114：汽車變速箱齒輪滲碳變形
筆記110：表面炭黑的成因及其對滲碳淬火鋼件質量的影響
文 / 英成業，周琦，吳岳嶺 · 山推工程機械股份有限公司
鍛造余熱淬火是在鍛造后利用鍛件自有的余熱直接進行熱處理，它將鍛造與熱處理兩工序緊密結合在一起，實現了兩工序的合并，節省了工件后續熱處理的再次加熱，是一種大量節約能源的有效途徑，目前已在汽車、工程機械行業得到廣泛應用。
采用余熱淬火工藝生產的產品，具有優秀的綜合力學性能，但與采用常規調質熱處理生產的產品相比
本文主要針對某項目擋位結合齒在工藝開發試制過程中，發現了表面非馬氏體組織缺陷，分析與鍛坯表面脫碳有較大關系，通過幾種脫碳試驗結果對比，確定了表面脫碳對滲碳熱處理工藝的影響，對鍛件表面脫碳技術要求的制定具有參考意義。
由國內某公司研發的7 速TST 雙離合器變速箱綜合傳動效率達到94%，最高效率達到97%，具有最佳的燃油經濟性，同時讓消費者擁有優越的駕車體驗，換擋時間低于0.2s。該變速器齒軸類零件采用冷熱復合結合鍛造
