闫立涛

摘要：采用汽车齿轮毛坯二次等温正火，对渗碳淬火金相组织和硬度影响进行了分析，得出毛坯二次等温正火状态下的齿轮渗碳淬火后，无明显带状组织存在，同一水平线心部硬度均匀，无明显黑相存在，残余奥氏体级别小，有效硬化层均匀。

1.前言

汽车齿轮毛坯的正火常常影响渗碳淬火金相组织和硬度，导致废品率較高。我们通过对汽车齿轮毛坯的质量抽检，发现毛坯厂家有时供给的锻坯正火组织级别、晶粒度级别、带状级别和硬度超差不符合要求，这种毛坯加工的齿轮渗碳淬火后，金相组织不均匀。对毛坯进行二次等温正火试验，经二次等温正火后毛坯金相组织级别符合技术要求，齿轮渗碳淬火后金相组织比较均匀，硬度散差较小。本文针对汽车后桥从动锥齿轮2402037H1H试验进行了详细的分析，确定了毛坯二次等温正火对渗碳淬火金相组织和硬度的影响。

2402037H1H毛坯材料为22CrMoH。试验工艺：二次等温正火，高温炉内940℃保温2h，空冷（中速）至640℃左右，放入640℃低温炉等温2h后，出炉空冷。渗碳淬火，连续炉渗碳温度930℃，渗碳16h，840℃淬火。

2.渗碳淬火金相组织

2.1带状组织

将二次等温正火毛坯加工的齿轮经渗碳淬火处理，试样腐蚀后显微镜下发现心部无带状存在。而锻件毛坯加工的齿轮渗碳淬火后，发现心部有带状存在。

2.2黑相组织

二次等温正火毛坯加工齿轮经渗碳淬火后，显微镜下对切齿HV550处组织放大400倍观察，发现切齿组织无明显黑相存在。通过观察锻件毛坯加工的齿轮经渗碳淬火处理，发现切齿HV550处组织有明显黑相存在。

2.3马氏体及残余奥氏体级别

二次等温正火毛坯加工的齿轮经渗碳淬火，切齿试样腐蚀后显微镜下观察，金相组织级别稍低。锻件毛坯加工的齿轮直接渗碳淬火处理后，切齿试样金相组织级别稍高。

2.4同一水平线上有效硬化层

二次等温正火毛坯加工的齿轮经渗碳淬火处理后，对切齿试样同一水平线上打有效硬化层，发现有效硬化层均匀，同一水平线均为1.8mm。锻件毛坯加工的齿轮渗碳淬火处理后，切齿试样有效硬化层不均匀，同一水平线层深为1.7mm或1.9mm。

4.讨论分析

4.1通过毛坯二次等温正火试验表明，毛坯二次加热到奥氏体化温度过程中，奥氏体晶粒缓慢长大，当温度达到940℃保温2h后，组织完全奥氏体化，采用先快速冷却到640℃，再用稍慢的速度等温冷却，在一定温度范围的等温冷却过程中，较易得到平衡状态的铁素体和珠光体组织，这种受稍慢等温冷却的影响，组织颗粒均匀较细，达到了细化晶粒的作用。同时在高温完全奥氏体化过程中，一方面铁素体和珠光体互溶，扩溶了部分带状组织，另一方面部分长大的奥氏体晶粒产生形核裂解，最后形成较均匀的奥氏体晶粒，在快速冷却阶段，消除了部分带状组织，使带状组织级别变小。

4.2由于高温对贝氏体转变影响较小，高温下奥氏体快速冷却时，容易形成粒状贝氏体组织。二次等温正火组织中珠光体硬度稍低，铁素体硬度最低，我们认为用550-650℃等温来缓慢地转化组织，会得到均匀较细的珠光体和铁素体，硬度可以达到160-190HB的范围内，从而使硬度均匀化，硬度散差变小。

4.3通过对二次等温正火的齿轮渗碳淬火金相分析，该状态加工的齿轮在920～930℃温度渗碳下，本质细晶粒钢在此温度下晶粒不会过分长大。通常在渗碳过程中，齿轮表面也会均匀地吸附活性[C]，并不断向内扩散，当表面含碳量超过1.05%，就会析出饱和的碳，从而对淬火残余奥氏体数量产生影响，形成较多残余奥氏体，反之形成残余奥氏体数量较少。在齿轮表面[C]以均匀的渗速向内扩散过程中，齿轮渗碳层往里组织的变化主要是基体组织的转变。通过淬火后组织转变成了M+A，由于二次等温正火细化了晶粒的作用，再加上齿轮表面渗碳浓度不高，淬火得到的M+A组织的马氏体针长较短，残余奥氏体数量较少。

4.4由于渗碳温度对预先热处理的影响较小，二次等温正火已经改善了毛坯带状级别，淬火后组织形成大量的针状马氏体和少量的残余奥氏体，遮掩了微小带状组织的形态，显微镜下放大400倍不易观察到带状存在。渗碳过程只是对表面碳浓度的改变，心部组织淬火后主要取决于原材料和二次正火后的组织状态，心部硬度也常常一样。黑相主要是屈氏体和贝氏体混合物，它常常是在正火过程中冷却较快形成，通过二次等温正火工艺，较易消除这种组织。如果不采用二次等温正火改善，这种黑相组织经渗碳淬火后常常“遗传”到渗碳淬火组织中。

5.结论

5.1毛坯二次等温正火影响齿轮的渗碳淬火，能改善齿轮渗碳淬火带状组织。

5.2毛坯二次等温正火能改善齿轮渗碳淬火同一水平线上的心部硬度。

5.3毛坯二次等温正火对齿轮渗碳淬火能减小针状马氏体和残余奥氏体级别、减少黑相组织以及减少有效硬化层散差。