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18CrNiMo7-6鋼齒輪滲碳緩冷裂紋分析及防止措施

　　上海鉅備金屬材料有限公司 

　　摘要：針對(duì)18CrNiMo7-6鋼齒輪緩冷出現(xiàn)裂紋問題，分析了產(chǎn)生裂紋的原因，并提出了預(yù)防措施。

　　關(guān)鍵詞：18CrNiMo7-6鋼；齒輪；緩冷裂輪

18CrNiMo7-6化學(xué)成分（%）為：碳（C）：0.14-0.19，硅（Si）：0.17-0.35，錳（Mn）：0.40-0.60，磷（P）：≤0.03，硫（S）：≤0.03，鉻（Cr）：1.50-1.80，鎳（Ni）：1.40-1.70，鉬（Mo）：0.25-0.35，銅（Cu）：≤0.25。
　　1 前言

　　1997年，某廠在為馬鋼棒材軋機(jī)配套生產(chǎn)初、中軋機(jī)減速機(jī)過程中，材質(zhì)為18CrNiMo7-6鋼的齒輪在滲碳處理緩冷后產(chǎn)生裂紋，為了找出裂紋發(fā)生的原因，我們在中科院專家的指導(dǎo)和幫助下進(jìn)行了分析探討。

　　2 產(chǎn)生緩冷裂紋的原因

　　產(chǎn)生裂紋的原因主要是滲層在冷卻過程中產(chǎn)生不均勻相變造成的。滲層中存在大塊滲碳體和連續(xù)的網(wǎng)狀碳化物，滲層的金相組織為三層，外層為下貝氏體和網(wǎng)狀碳化物；中層為淬火馬氏體、下貝氏體和網(wǎng)狀碳化物；第三層為下貝氏體加鐵素體，由表及里的硬度檢查見下表。

　　檢查部位 滲碳層 母材
　　外表層 中間層 過渡層
　　硬度（HL） 420.433.458 5 492.479.414 3

　　相變受下述因素影響：
　　2.1 溫度的影響
　　由于碳在鐵素體中的溶解度較?。ǜ呒s為0.025%），而在奧氏體狀態(tài)下，滲碳溫度越高，碳在其中的擴(kuò)散系數(shù)越大，既滲碳速度越大。但溫度不宜過高，否則滲碳設(shè)備使用壽命顯著下降或損壞，而且溫度過高時(shí)間過長會(huì)造成滲層組織粗大，碳化物級(jí)別超差等缺陷。通常生產(chǎn)實(shí)際中采用900℃、930℃滲碳。

　　2.2 碳濃度的影響
　　緩冷裂紋與滲碳時(shí)的碳勢有關(guān)。
　　在滲碳初期，由于工件表面窮碳，接受活性碳原子的能力很強(qiáng)，滲碳速度較快，此時(shí)爐內(nèi)碳勢較低，需要向爐內(nèi)通過大量的滲劑，以維持爐內(nèi)的碳勢，具體還與裝爐量有關(guān)，此時(shí)如果不能及時(shí)補(bǔ)充滲劑，可能造成滲碳時(shí)間過長，碳濃度分布曲線下凹等缺陷，但也不能過強(qiáng)，否則可能出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物而無法消除。
　　當(dāng)工件表面含碳量不斷升高，碳勢不斷建立的情況下，應(yīng)逐步減少滲劑的加入，滲碳進(jìn)入擴(kuò)散階段，如果此時(shí)仍保持大劑量的滲劑，就要形成表面網(wǎng)狀碳化物，使?jié)B層的強(qiáng)度下降，脆性增加，尤其是抗拉強(qiáng)度的下降，對(duì)防止出現(xiàn)緩冷裂紋相當(dāng)不利。

　　2.3 滲碳時(shí)間的影響
　　當(dāng)滲碳溫度、碳勢確定以后，滲碳時(shí)間主要取決于有效硬化層深度，滲碳時(shí)間越長，硬化層越深，反之越淺。對(duì)于17NiCrMo6鋼硬化層在10-15μm的工件，如果擴(kuò)散期控制不好，時(shí)間過短，有可能造成滲層碳濃度分布曲線過陡，在以后的緩冷過程中，形成緩冷裂紋。

　　2.4 緩冷速度的影響
　　緩冷一般是在冷卻井中進(jìn)行的，其冷卻速度應(yīng)比空冷更加緩慢，以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種原因，使緩冷速度相當(dāng)于空冷速度，結(jié)果就要出現(xiàn)緩冷裂紋。分析結(jié)果也表明，當(dāng)滲碳層表面的含碳量達(dá)到共析成分以上時(shí)，滲層的淬透性不完全相同，在特定的緩冷速度下，發(fā)生不均勻相變，中間層的馬氏體比容較大，使表面受拉應(yīng)力，由于表層有惡化，承受不了大的拉力而開裂。

　　3 防止緩冷裂紋措施

　　通過上述分析可知，產(chǎn)生緩冷裂紋的條件一是滲層中存在著大量的塊狀及網(wǎng)狀碳化物，使之性能惡化；二是滲層中發(fā)生不均勻相變。預(yù)防措施是：首先要避免滲層中產(chǎn)生大量網(wǎng)狀碳化物。對(duì)于18CrNiMo7-6這種含Cr、Mo強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，滲碳時(shí)碳勢不能過高，尤其是到了擴(kuò)散期，一定要把碳勢降到0.9%C左右，并保持一定的時(shí)間，防止產(chǎn)生碳化物。另外，要避免中間層產(chǎn)生馬氏體。緩冷效果比較好時(shí)，一般組織比較平衡，沒有不均勻相變，但由于冷卻井內(nèi)比較潮濕，水分較大，使冷卻速度提高而產(chǎn)生裂紋。如果冬天環(huán)境溫度比較低，工件裝爐量少，雖然是在冷卻井中，冷卻速度仍很快，也容易產(chǎn)生緩冷裂紋。