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17CrNiMo6钢齿轮渗碳缓冷裂纹分析及防止措施
17CrNiMo6钢齿轮渗碳缓冷裂纹分析及防止措施 
 摘要:针对17CrNiMo6钢齿轮缓冷出现裂纹问题,分析了产生裂纹的原因,并提出了预防措施。 
1 前言 
     1997年,某厂在为马钢棒材轧机配套生产初、中轧机减速机过程中,材质为17CrNiMo6钢的齿轮在渗碳处理缓 
冷后产生裂纹,为了找出裂纹发生的原因,我们在中科院专家的指导和帮助下进行了分析探讨。 
2 产生缓冷裂纹的原因 
      产生裂纹的原因主要是渗层在冷却过程中产生不均匀相变造成的。渗层中存在大块渗碳体和连续的网状碳化物 
,渗层的金相组织为三层,最外层为下贝氏体和网状碳化物;中层为淬火马氏体、下贝氏体和网状碳化物;第三 
层为下贝氏体加铁素体,由表及里的硬度检查见下表。 
检查部位 渗碳层 母材  
外表层 中间层 过渡层  
硬度(HL) 420.433.458 513.501.479 492.479.414 318.337.307  
相变受下述因素影响:  
    2.1 温度的影响 
  由于碳在铁素体中的溶解度较小(最高约为0.025%),而在奥氏体状态下,渗碳温度越高,碳在其中的扩散系 
数越大,既渗碳速度越大。但温度不宜过高,否则渗碳设备使用寿命显著下降或损坏,而且温度过高时间过长会 
造成渗层组织粗大,碳化物级别超差等缺陷。通常生产实际中采用900℃、930℃渗碳。 
   2.2 碳浓度的影响 
  缓冷裂纹与渗碳时的碳势有关。 
  在渗碳初期,由于工件表面穷碳,接受活性碳原子的能力很强,渗碳速度较快,此时炉内碳势较低,需要向炉 
内通过大量的渗剂,以维持炉内的碳势,具体还与装炉量有关,此时如果不能及时补充渗剂,可能造成渗碳时间 
过长,碳浓度分布曲线下凹等缺陷,但也不能过强,否则可能出现大量网状碳化物而无法消除。 
  当工件表面含碳量不断升高,碳势不断建立的情况下,应逐步减少渗剂的加入,渗碳进入扩散阶段,如果此时 
仍保持大剂量的渗剂,就要形成表面网状碳化物,使渗层的强度下降,脆性增加,尤其是抗拉强度的下降,对防 
止出现缓冷裂纹相当不利。
    2.3 渗碳时间的影响 
  当渗碳温度、碳势确定以后,渗碳时间主要取决于有效硬化层深度,渗碳时间越长,硬化层越深,反之越浅。 
对于17NiCrMo6钢硬化层在10-15μm的工件,如果扩散期控制不好,时间过短,有可能造成渗层碳浓度分布曲线 
过陡,在以后的缓冷过程中,形成缓冷裂纹。 
    2.4 缓冷速度的影响 
  缓冷一般是在冷却井中进行的,其冷却速度应比空冷更加缓慢,以便尽可能得到较平衡的组织。如果由于某种 
原因,使缓冷速度相当于空冷速度,结果就要出现缓冷裂纹。分析结果也表明,当渗碳层表面的含碳量达到共析 
成分以上时,渗层的淬透性不完全相同,在特定的缓冷速度下,发生不均匀相变,中间层的马氏体比容较大,使 
表面受拉应力,由于表层有恶化,承受不了大的拉力而开裂。 
3 防止缓冷裂纹措施 
通过上述分析可知,产生缓冷裂纹的条件一是渗层中存在着大量的块状及网状碳化物,使之性能恶化;二是渗 
层中发生不均匀相变。预防措施是:首先要避免渗层中产生大量网状碳化物。对于17CrNiMo6这种含Cr、Mo强碳 
化物形成元素的钢,渗碳时碳势不能过高,尤其是到了扩散期,一定要把碳势降到0.9%C左右,并保持一定的时 
间,防止产生碳化物。另外,要避免中间层产生马氏体。缓冷效果比较好时,一般组织比较平衡,没有不均匀相 
变,但由于冷却井内比较潮湿,水分较大,使冷却速度提高而产生裂纹。如果冬天环境温度比较低,工件装炉量 
少,虽然是在冷却井中,冷却速度仍很快,也容易产生缓冷裂纹。 
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