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17CrNiMo6鋼齒輪滲碳緩冷裂紋分析及防止措施
17CrNiMo6鋼齒輪滲碳緩冷裂紋分析及防止措施 
 摘要:針對17CrNiMo6鋼齒輪緩冷出現裂紋問題,分析了產生裂紋的原因,并提出了預防措施。 
1 前言 
     1997年,某廠在為馬鋼棒材軋機配套生產初、中軋機減速機過程中,材質為17CrNiMo6鋼的齒輪在滲碳處理緩 
冷后產生裂紋,為了找出裂紋發生的原因,我們在中科院專家的指導和幫助下進行了分析探討。 
2 產生緩冷裂紋的原因 
      產生裂紋的原因主要是滲層在冷卻過程中產生不均勻相變造成的。滲層中存在大塊滲碳體和連續的網狀碳化物 
,滲層的金相組織為三層,最外層為下貝氏體和網狀碳化物;中層為淬火馬氏體、下貝氏體和網狀碳化物;第三 
層為下貝氏體加鐵素體,由表及里的硬度檢查見下表。 
檢查部位 滲碳層 母材  
外表層 中間層 過渡層  
硬度(HL) 420.433.458 513.501.479 492.479.414 318.337.307  
相變受下述因素影響:  
    2.1 溫度的影響 
  由于碳在鐵素體中的溶解度較小(最高約為0.025%),而在奧氏體狀態下,滲碳溫度越高,碳在其中的擴散系 
數越大,既滲碳速度越大。但溫度不宜過高,否則滲碳設備使用壽命顯著下降或損壞,而且溫度過高時間過長會 
造成滲層組織粗大,碳化物級別超差等缺陷。通常生產實際中采用900℃、930℃滲碳。 
   2.2 碳濃度的影響 
  緩冷裂紋與滲碳時的碳勢有關。 
  在滲碳初期,由于工件表面窮碳,接受活性碳原子的能力很強,滲碳速度較快,此時爐內碳勢較低,需要向爐 
內通過大量的滲劑,以維持爐內的碳勢,具體還與裝爐量有關,此時如果不能及時補充滲劑,可能造成滲碳時間 
過長,碳濃度分布曲線下凹等缺陷,但也不能過強,否則可能出現大量網狀碳化物而無法消除。 
  當工件表面含碳量不斷升高,碳勢不斷建立的情況下,應逐步減少滲劑的加入,滲碳進入擴散階段,如果此時 
仍保持大劑量的滲劑,就要形成表面網狀碳化物,使滲層的強度下降,脆性增加,尤其是抗拉強度的下降,對防 
止出現緩冷裂紋相當不利。
    2.3 滲碳時間的影響 
  當滲碳溫度、碳勢確定以后,滲碳時間主要取決于有效硬化層深度,滲碳時間越長,硬化層越深,反之越淺。 
對于17NiCrMo6鋼硬化層在10-15μm的工件,如果擴散期控制不好,時間過短,有可能造成滲層碳濃度分布曲線 
過陡,在以后的緩冷過程中,形成緩冷裂紋。 
    2.4 緩冷速度的影響 
  緩冷一般是在冷卻井中進行的,其冷卻速度應比空冷更加緩慢,以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種 
原因,使緩冷速度相當于空冷速度,結果就要出現緩冷裂紋。分析結果也表明,當滲碳層表面的含碳量達到共析 
成分以上時,滲層的淬透性不完全相同,在特定的緩冷速度下,發生不均勻相變,中間層的馬氏體比容較大,使 
表面受拉應力,由于表層有惡化,承受不了大的拉力而開裂。 
3 防止緩冷裂紋措施 
通過上述分析可知,產生緩冷裂紋的條件一是滲層中存在著大量的塊狀及網狀碳化物,使之性能惡化;二是滲 
層中發生不均勻相變。預防措施是:首先要避免滲層中產生大量網狀碳化物。對于17CrNiMo6這種含Cr、Mo強碳 
化物形成元素的鋼,滲碳時碳勢不能過高,尤其是到了擴散期,一定要把碳勢降到0.9%C左右,并保持一定的時 
間,防止產生碳化物。另外,要避免中間層產生馬氏體。緩冷效果比較好時,一般組織比較平衡,沒有不均勻相 
變,但由于冷卻井內比較潮濕,水分較大,使冷卻速度提高而產生裂紋。如果冬天環境溫度比較低,工件裝爐量 
少,雖然是在冷卻井中,冷卻速度仍很快,也容易產生緩冷裂紋。 
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