12Cr2Ni4钢预备热处理方法对畸变量的影响

本文就12Cr2Ni4钢预备热处理方法对渗碳淬火畸变量的影响进行了试验研究,采用国际上通用的C形畸变试样和按比例缩小的模拟齿轮,对两种不同预备热处理工艺的畸变试样和模拟齿轮进行渗碳淬火的对比试验。测试渗碳淬火的工艺有930℃渗碳及渗后780℃一次淬火和渗碳后820℃二次淬火,试验参数的变化还有不同尺寸的渗碳炉,放置于渗碳炉中不同的高度等。结论是:调质预备的畸变量小于正火回火的畸变量。对于易于变形的工件、对变形要求严格的工件,以及比较重要的工件,预备热处理应优先选用调质工艺。

渗碳淬火工艺对12Cr2Ni4钢内氧化级别的影响

对12Cr2Ni4钢进行渗碳淬火工艺试验,研究了预备热处理、渗碳保温时间、渗碳后淬火方式对12Cr2Ni4钢内氧化级别的影响。采用金相法检验表层内氧化层的深度,并按照国家标准对内氧化评级。结果表明:预备热处理采用调质的抗内氧化能力是明显好于正回火的;一次淬火的抗内氧化能力明显好于二次淬火的;随着渗碳保温时间的延长,表层内氧化层的深度增加。因此,预备热处理后采用调质、渗碳后采用一次淬火、渗碳保温时间缩短可以明显减小表层内氧化的层深。

高灵敏度渗碳淬火畸变试样的研制

为了开发一种对渗碳、淬火产生的畸变高度敏感的试样,在国际通用的测定畸变量的C形试样的基础上,改变厚度、中心距和外径等尺寸,制备了多套12Cr2Ni4钢C形试样。随后对试样进行渗碳、淬火处理,测定试样的畸变量。结果表明,C形试样的厚度由12 mm增大到18 mm,其畴变量平均增大了30%以上;外径70 mm、厚度18 mm的试样,渗碳、淬火后的畸变量增大了46%;然而,不同中心距的试样畸变量的变化规律不明显。采用18 mm厚、其他尺寸与国际通用的C形试样相同的试样可大大简化渗碳、淬火畸变量的测定,减小测量误差。

薄壁齿轮的直径与壁厚比对其渗碳淬火畸变的影响

为了减小大尺寸薄壁齿轮的渗碳、淬火畸变量,采用按一定比例缩小的12CrNi4钢齿轮,研究其直径与壁厚之比对渗碳、淬火畸变的影响。齿轮的热处理工艺为:930气体渗碳10 h,850℃空冷,650℃高温回火,780℃第二次油淬,180℃低温回火,随后测定齿轮的尺寸变化。结果表明,直径与壁厚之比小于11的齿轮,渗碳、淬火后的椭圆度可控制在要求范围内;直径与壁厚之比为10的齿轮,渗碳、淬火后的畸变量减小了39%以上。这说明控制直径与壁厚之比可有效减小大尺寸薄壁齿轮的渗碳、淬火畸变量。

薄壁渗碳淬火齿轮工艺孔设计对畸变量的影响

本文以12Cr2Ni4渗碳钢为试验材料,对易于变形的大尺寸薄壁渗碳淬火齿轮的工艺孔数量及比例关系,采用按比例缩小的试验齿轮,进行了渗碳淬火工艺过程的畸变量试验。结论是将工艺孔的数量由原来呈4或者4的倍数关系,改进为呈3或者3的倍数关系,且吊装、工艺孔单独或者所有工艺孔整体都呈圆周均布后,畸变量大幅减小,平均减小了60%。也说明了三角形的稳定性原理,在抗畸变上同样具有稳定性的作用。

工艺孔对齿轮渗碳淬火畸变的影响

为了减小大尺寸薄壁齿轮的渗碳淬火畸变,制作了按比例缩小的12CrNi4钢模拟齿轮,并在齿轮上钻了分布在不同直径的圆周上的工艺孔。随后对齿轮进行了930℃渗碳10 h、850℃空冷淬火、650℃回火和780℃油淬、180℃回火,测定了渗碳、淬火后齿轮的尺寸,并与渗碳、淬火前的尺寸进行了比较。结果表明,优化分布工艺孔的圆周直径可以大幅度减小大尺寸薄壁齿轮的渗碳、淬火畸变,工艺孔圆周直径与齿轮直径之比为0.626时,模拟齿轮的渗碳淬火畸变量最小,其比值最好为0.622~0.630。

12Cr2Ni4钢齿轮断裂失效分析

针对12Cr2Ni4钢齿轮在工作过程中发生断齿及齿面损伤的问题,通过断口分析、能谱分析、化学成分分析、渗碳淬火硬化层检测,对齿轮的断裂失效原因进行了分析。结果表明,齿轮断裂性质为疲劳断裂,因残留加工刀痕产生应力集中、有效硬化层局部过浅以及过渡区残余应力大是齿轮断裂失效的主要原因。疲劳裂纹首先于齿轮节圆附近残留加工刀痕较深处萌生,随后逐渐扩展直至断裂。据此提出了改进措施。