渗碳齿轮内氧化控制技术的研究任志俊1,2(1.江南大学机械工程学院,江苏无锡214063;2.南京理工大学机械工程学院,江苏南京200094)摘要:对渗碳零件内氧化的产生机理进行了阐述,通过实验对渗碳工艺过程中的若干工艺参数进行了分析,认为碳势是内氧化控制的一个关键因素。超高碳势渗碳可以抑制内氧化的产生。关键词:内氧化;渗碳;齿轮:TG172.3文献标识码:AStudyontheControlofInternalOxidationincarburizedGearRenZhi2jun1,2(1.SchoolofMechanicalEngineering,SouthernYangtzeUniversity,Wuxi214063,P.R.China2.SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofScienceandTechnology,Nan激ng200094,P.R.China)Abstract:Thispaperdealswiththemechanismofinternaloxidationincarburizedcomponentsandanalyzestheprocessparametersforcarburizationoperation.Onthebasisofexperiments,itisconcludedthatcarbonpotentialisakeyelementtocontrolinternaloxidationandsupercarbonpotentialincarburisingprocesscouldrestrainin2ternaloxidation.Keywords:internaloxidation;carburise;gear而言,较为严重的内氧化可以采取喷丸强化的方式进行弥补,但内氧化级别高至数十微米时,喷丸的效果下降,甚至起反作用。因此,在渗碳过程中严格控制内氧化程度,对于提高机车牵引齿轮等渗碳零件的抗疲劳性能是非常重要的。0概述机车牵引齿轮、凸轮轴等机械零部件,常采用20GrMnTi,20Gr等低碳钢渗碳淬火后磨削加工而成,外表面要求耐磨,心部要求一定韧性。由于内氧化对机车牵引齿轮的疲劳性能影响较大,在生产加工过程中对内氧化的控制显得非常重要。曾有报道,材料为20Cr2Ni4的螺旋伞齿,因为内氧化剧烈而成为疲劳源,最终导致断裂失效1。另外,内氧化后的区域合金元素减少,会导致钢的淬透性下降2。渗碳零件的内氧化通常呈2种形态:一种是分布在渗碳零件表层的不连续的点状;另一种沿垂直于表面方向呈须状。一般工程上以12μm作为内氧化级别超标与否的界限。对机车牵引齿轮的渗碳层1内氧化产生机理内氧化是指渗碳钢在渗碳过程中虽然铁元素未满足氧化条件,但其中的合金元素如Cr、Mn、Si、Ti满足氧化条件形成合金氧化物,从而使渗碳钢表层出现须状或点状的脆性氧化物,该氧化物的产生,降低了工件的抗疲劳性能。在气体渗碳过程中,无论是氮基气氛还是滴注式气氛,微量氧的存在仍是不可避免的。渗碳炉中气体与工件材料存在气固相平衡,炉内的微量氧可以渗入工件产生内氧化。有人曾对930℃渗碳条件下,钢基体未发生外氧化而其他合金元素发生内氧化的最大氧分压做了计算3:1收稿日期:2006-10-20作者简介:任志俊(1965-),男,江苏镇江人,副教授,1998年毕业于西南交通大学材料科学专业,工学硕士,现主要从事复合材料、金属材料、微机电系统方面的研究工作。研究开发机车车辆工艺第6期2006年12月maxpO=9.8384×10Pa-122.2炉内气氛对渗碳钢内氧化深度的影响一般来说,内氧化往往发生在渗碳的初期,气氛在排气阶段和强渗阶段的组成对内氧化影响较大。2对于Cr、Mn、Ti等钢中合金元素而言,产生内氧化的最低氧分压为:对于20Cr2Ni4钢,试验结果为:lnpCr≥-3ln5-8984.4ΠT+20.83OCr4工艺1:t0=1.25h,Cp1=1.25%,t1=8h,Cp2=0.9%,t2=6h;内氧化层深15μm。工艺2:t0=1.25h,Cp1=1.15%,t1=8h,Cp2=0.9%,t2=6h;内氧化层深28μm。工艺3:t0=1.25h,Cp1=1.05%,t1=8h,Cp2=0.9%,t2=6h;内氧化层深36μm。2.3排气时间对渗碳钢内氧化深度的影响采用上述工艺2,改变排气时间t0,得到如下试验结果,见表2。表2不同排气时间渗碳后内氧化程度比较(材料20Cr2Ni)2lnpMn≥-2ln5-92554.73ΠT+17.43OMn2lnpTi≥-2ln5-123093.85ΠT+21.43OTi2由此对于含Cr、Mn、Ti等合金元素的渗碳钢在930℃渗碳条件下,氧分压满足:max212pO<9.8384×10Pa2且:pmin>39.213×10220Pa,出现Cr内氧化;O2pmin>143.2×10223Pa,出现Mn内氧化;O2pmin>742.32×10231Pa,出现Ti内氧化。O2对于渗碳气氛而言,可以粗略地计算出碳势Cp=1%时的氧分压约为3×10-15Pa。因此可以得出以下结论:在合金元素以溶质元素形式存在于渗碳钢中时,内氧化不可避免,但随着碳势的增加,氧分压降低,内氧化程度可以有所降低。实验结果也证明了这一点...