离子渗氮工艺改变齿轮传动件高频淬火变形裂纹问题

推土机用齿轮传动件采用高频淬火得到表面硬化层，该工艺易造成工件表面裂纹，工件变形大，严重影响后续装配配合。离子渗氮工艺是应用广泛的一种表面化学热处理技术，可以显著提高钢铁制件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度及抗腐蚀能力，工件表面无氧化、变形小。而且污染小，节约能源和气源。

 

本文通过研究离子渗氮工艺参数对42CrMo材料渗氮层性能的影响，掌握了42CrMo传动件离子渗氮工艺规律和特点，以期改善现有工艺变形大、裂纹的现状，节约生产成本。

 

1.工艺参数的确定

影响离子渗氮工艺参数主要有渗氮温度、渗氮压力和渗氮保温时间，针对工件齿数多、齿形密、齿较薄的特点，以及42CrMo材料本身的特性，设定工艺参数如表1所示。

表1  42CrMo渗氮工艺

参数	升温时间/h	渗氮温度/℃	保温时间/h	渗氮压力/Pa
要求	10	520	20	280～300

2.过程记录

试验中设备整体控制平稳，通过图1过程记录可以看出，在保温阶段工艺参数稳定。图2为工件渗氮照片。

 

图1 渗氮参数记录曲线

 图2 工件渗氮照片

 

3.检测结果

（1）表面硬度

在300g和1000g检测压力下，表面硬度均符合图样要求。

表2   表面硬度检测结果

检测压力	表面硬度
HV0.3	769	735	761
HV1	677	682	666

（2）硬化层深度

根据图3硬化层梯度检测结果见图4，齿顶渗氮层达到0.55mm，齿根达到0.45mm。

图   3

图4  齿顶、齿根渗氮层硬度梯度

 

（3）渗氮层组织

从图5金相组织看出，渗氮层白亮层厚度为10μm，疏松级别1～2级。

图5  渗氮层金相组织 100×

 

（4）渗氮层脆性状况

从图5脆性检测压痕来看，边角无塌陷，脆性情况达到1级

（a）

（b）

（c）

图6  渗氮层脆性检测

 

4.局部防渗处理

采用离子渗氮专用涂料进行了试验，通过试块检测，防渗面硬度没有增加，加工情况良好，验证了防渗涂料的有效性。图6为工件涂料情况。

图7 工件防渗涂料

 

5.结语

对推土机42CrMo材料传动件采用离子渗氮工艺试验后，各项检测结果符合要求，工件畸变符合装配要求。后续采用表面离子渗氮替代高频淬火，可改善现有工艺变形大、裂纹的现状，节约生产成本。另外，采用离子渗氮，污染小，环境友好。