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齿轮渗碳的发展分析

  齿轮渗碳是一种比较古老的工艺,在我国,早期可以追溯到2000年前。起初,它是在固体渗碳介质中渗碳的。20世纪,液体和气体渗碳技术出现并得到较广的应用。后来出现了真空渗碳和等离子渗碳。渗碳工艺至今仍具有重要的价值,因为它的设计思想是合理的,即钢表面承受多种载荷(磨损、疲劳、机械载荷和化学腐蚀),表面硬度高,耐磨性好,渗碳和其他元素可以获得疲劳强度和耐腐蚀性,而不需要昂贵的合金化,或者整个材料的处理是一个复杂的过程。它不但可以用低碳钢或合金钢代替一些昂贵的高合金钢,而且可以保持淬火低碳钢的强韧性居中,使工件承受冲击载荷。因此,符合节能降耗、可持续发展的方向。

  近年来,出现了一种不同于传统全奥氏体区渗碳的高浓度齿轮渗碳工艺(温度为900~950℃,渗碳后表面碳含量为0.85%~1.05%)。在AC1和ACCM之间的非均相奥氏体状态下进行,渗碳层表面碳浓度可达2%~4%。结果表明,该渗碳层能获得均匀分散的细小碳化物颗粒。渗碳温度降至800℃~860℃,渗碳后可实现直接淬火。由于高浓度渗碳层中含有大量分散的碳化物(20%~50%),因而具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、较高的接触和弯曲疲劳强度、较高的冲击韧性、较低的脆性和较好的回火稳定性。该工艺适用范围较广,对设备无其他要求,经济效益高,具有实用价值。近年来,在国内外获得了具有竞争力的研发成果。

  为了阻止齿轮渗碳过程中奥氏体晶粒粗化,通常在钢中加入适量的钛,用氮化钛颗粒钉住晶界,阻止晶粒长大。根据国家标准,渗碳钢中钛的含量为0.04~0.08wt%。然而,近期的研究表明,当钛含量超过0.032%时,渗碳钢锭在凝固过程中会析出氮化钛。由于立方颗粒的尖角效应和与基体组织的不连续性,使其成为微裂纹的来源和裂纹扩展的中继站,严重损害了钢的韧性和塑性。钛含量减小到0.02~0.032%仍能较好地控制奥氏体晶粒的长大,避开有害的氮化钛颗粒的形成。因此,这是一个合理选择范围。