齿轮真空渗碳技术探究

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：为了改善齿轮齿面和齿根渗碳均匀性，进一步采用了一种“小脉冲强渗＋扩散”的模式，一般每一个小脉冲强渗时间为50s左右，脉冲间隔时间为10s左右，渗碳效果很好，如图7-17所示。国内摩托车齿轮利用连续式真空炉渗碳淬火已取得明显效果。

低压真空渗碳易于实现1000～1050℃的高温渗碳，从而提高渗碳速度，通常缩短工艺时间近50％，同时大大降低渗碳气体的消耗。

真空渗碳工艺方式主要有一段式、脉冲式和摆动式三种。齿轮真空渗碳多采用一段式，对渗碳质量要求较严（如对内孔表面的渗碳层深度、浓度和均匀性有要求）时，可采用脉动式或摆动式的渗碳方式。

为了改善齿轮齿面和齿根渗碳均匀性，进一步采用了一种“小脉冲强渗＋扩散”的模式（见图7-16），一般每一个小脉冲强渗时间为50s左右，脉冲间隔时间为10s左右，渗碳效果很好，如图7-17所示。

图7-16 小脉冲强渗＋扩散低压真空渗碳示意图

图7-17 齿轮小脉冲强渗＋扩散低压真空渗碳效果

□—齿面深度 ■—齿根深度

美国双环公司（Twin Disc Corporation）生产实践证明，由于气体渗碳齿轮齿根的渗层浅以及油淬的影响，一般会导致气体渗碳加油淬的齿根硬化层深只能达到节圆处的50％，而低压真空渗碳加油淬齿轮具有更深的有效硬化层深，其齿根处的有效硬化层深可以达到节圆处的70％使用低压渗碳和气淬处理的齿轮，测得的齿根处有效硬化层深可达到齿顶节圆处的90％，几乎接近齿顶节圆处的有效硬化层深。

1.齿轮低压真空渗碳用材料

真空渗碳齿轮用钢必须采用Al脱氧的镇静细晶粒钢，一般能够在传统渗碳炉上进行渗碳的材料均可用于低压真空渗碳炉，如国外牌号16MC5、20MC5、27MC5、16NCD13、18NCD6等国产牌号20CrMnTi、20CrMnMo、20CrNiMo、12Cr2Ni4A、12CrNi3A等。

2.真空渗碳设备

对于批量较小的齿轮可采用单室、双室及三室真空炉配以低压渗碳工艺，并进行高压气淬对于批量较大的齿轮可采用多室真空炉进行半连续式及连续式低压渗碳高压气淬。淬火室可把许多不同形状、不同厚度的齿轮进行气压淬火，利用1～2MPa高压N2或He的冷却压力可以保证齿轮的心部硬度要求。

特别是采用高压惰性气体冷却淬火可大大减小齿轮畸变。国内摩托车齿轮利用连续式真空炉渗碳淬火已取得明显效果。

目前，该工艺广泛应用于重型汽车的齿圈和齿轮、航空齿轮、重型机车齿轮等。

3.真空渗碳介质

真空渗碳介质常用丙烷（C3 H8）、乙炔（C2H₂）、甲烷（CH₄）等，纯度（体积分数）大于96％，其工艺特点为介质分解快、渗透性强、渗层均匀及硬度均匀等。为防止炭黑可适当混入N2。

4.真空渗碳工艺参数

真空渗碳工艺参数见7-39。

表7-39 真空渗碳工艺参数