滲碳齒輪滲碳“麻點(diǎn)”分析

郝豐林，敬代云，陳德義

1.江蘇雙環(huán)齒輪有限公司 江蘇淮安 223200

2.浙江雙環(huán)傳動(dòng)股份有限公司 浙江臺(tái)州 317600

3.赫菲斯熱處理系統(tǒng)江蘇有限公司 江蘇溧陽(yáng) 213300

齒輪在滲碳過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“麻點(diǎn)”問(wèn)題?！奥辄c(diǎn)”的存在不僅影響齒輪外觀、降低齒輪精度，使齒輪表面質(zhì)量下降，而且還改變齒輪表面應(yīng)力分布，并使?jié)B層局部產(chǎn)生拉應(yīng)力，降低其疲勞壽命，更重要的是在使用過(guò)程中出現(xiàn)斷齒，產(chǎn)生安全危害。

1 “麻點(diǎn)”缺陷出現(xiàn)的原因

經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和總結(jié)生產(chǎn)中遇到的一些問(wèn)題，造成“麻點(diǎn)”缺陷的原因一般有以下幾種：

1）齒輪在滲碳過(guò)程中，有的工件要涂防滲劑，由于防滲劑涂得太多，造成在高溫時(shí)滴落到工件上，致使局部位置存在防滲劑。在熱處理過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，最后在清理噴丸或強(qiáng)力噴丸工序發(fā)現(xiàn)局部有噴麻現(xiàn)象。

2）齒輪在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)由于轉(zhuǎn)運(yùn)箱有雜質(zhì)，沾到齒輪上，齒輪沒(méi)有經(jīng)過(guò)前清洗，滲碳加熱時(shí)雜質(zhì)在高溫下會(huì)順著齒部往下流，齒輪如果平放一般在齒輪下端面，如果串放一般在下面的幾個(gè)齒。對(duì)于軸類(lèi)也是下端面[1]。

3）齒輪滲碳前一般要經(jīng)過(guò)前清洗，由于選用的清洗劑不合適，清洗劑的主要成分是無(wú)機(jī)鹽，在預(yù)氧化時(shí)不能燃燒，且使用量大，使用時(shí)間長(zhǎng)會(huì)帶到爐體內(nèi)；即使使用時(shí)間短，如果長(zhǎng)期保持這種狀態(tài)清洗劑濃度會(huì)逐漸升高，工件烘干后會(huì)發(fā)現(xiàn)有粉末在上面，一旦加熱會(huì)形成一熔融層，一部分落到爐體導(dǎo)軌上，另一部分留在工件上，滲碳淬火后會(huì)在工件表面發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)，工件經(jīng)過(guò)清理噴丸或強(qiáng)力噴丸后，白點(diǎn)位置會(huì)形成麻點(diǎn)[2]。金相檢查，滲層偏淺，表面是屈氏體或板條馬氏體，硬度在500～620HV。圖1所示就是無(wú)機(jī)鹽清洗劑造成的白點(diǎn)。

圖1 無(wú)機(jī)鹽清洗劑造成的白點(diǎn)

4）齒輪經(jīng)過(guò)鹽浴處理，硫酸鹽腐蝕，經(jīng)過(guò)噴丸后發(fā)現(xiàn)有麻點(diǎn)[3-4]。

5）由于淬火油油量不足，造成齒輪淬火時(shí)，沒(méi)有全部浸入油中，生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，在噴丸工序會(huì)發(fā)現(xiàn)齒輪有麻點(diǎn)。

對(duì)于上述類(lèi)型的麻點(diǎn)，事先都是沒(méi)有規(guī)律的，且都是在生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的。

2 “麻點(diǎn)”問(wèn)題的熱處理工藝追查

恰巧我們也遇到了無(wú)規(guī)律可循的“麻點(diǎn)”問(wèn)題，對(duì)于這種問(wèn)題只能層層抽絲剝繭。

2.1 “麻點(diǎn)”工件描述

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)個(gè)別工件滲碳后轉(zhuǎn)磨齒強(qiáng)力噴丸，產(chǎn)品表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，出現(xiàn)的位置不固定，有時(shí)在齒面的一個(gè)點(diǎn)，有時(shí)在齒根，有時(shí)在整個(gè)齒面。問(wèn)題工件如圖2所示。

圖2 出現(xiàn)麻點(diǎn)的問(wèn)題工件

圖2 a中只是齒根有硬化層，齒面基本沒(méi)有，噴丸后整個(gè)齒面都是麻點(diǎn)。圖2b是在工件強(qiáng)力噴丸后，齒面有一個(gè)麻點(diǎn)，切開(kāi)后檢測(cè)金相，發(fā)現(xiàn)局部位置組織是屈氏體，硬度偏低，噴丸后出現(xiàn)麻點(diǎn)。

2.2 “麻點(diǎn)”原因追蹤

調(diào)查生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常：

1）沒(méi)有采用鹽浴處理。

2）由于是干切齒，因此工件非常干凈。

3）沒(méi)有經(jīng)過(guò)前清洗，即與清洗劑無(wú)關(guān)。

4）整個(gè)過(guò)程沒(méi)有涂防滲劑的產(chǎn)品。

5）淬火油方面，滲碳爐都是新采購(gòu)的，沒(méi)有問(wèn)題。

6）爐子碳勢(shì)均勻性沒(méi)有問(wèn)題，檢測(cè)9點(diǎn)硬化層在0.1mm之內(nèi)，符合爐子設(shè)計(jì)要求。

7）爐子9點(diǎn)測(cè)溫溫度誤差在±5℃之間，符合要求。

8）齒輪單邊磨量只有0.08mm。

出現(xiàn)麻點(diǎn)的工件位置：有的在齒面一個(gè)點(diǎn)，有的就是齒面全麻。對(duì)于有麻點(diǎn)的位置多次進(jìn)行金相檢測(cè)，組織是屈氏體或板條馬氏體。且對(duì)于此類(lèi)型的產(chǎn)品，使用多用爐、推桿爐時(shí)都出現(xiàn)過(guò)，沒(méi)有規(guī)律可循。

對(duì)于這種現(xiàn)象我們查閱了大量文獻(xiàn)，也詢(xún)問(wèn)了許多行業(yè)內(nèi)專(zhuān)家，始終沒(méi)有找到原因。

3 考察干切削加工

為了防止產(chǎn)品流出，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)力噴丸分選，工件偶爾出現(xiàn)麻點(diǎn)，出現(xiàn)的工件時(shí)間也沒(méi)有規(guī)律，有時(shí)一天出1件，有時(shí)一天出10件，但并不是每個(gè)品種的工件都有，只集中在兩個(gè)型號(hào)的工件。

我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的工件，加工過(guò)程都是采用格里森機(jī)床進(jìn)行干切削的，是否是由于干切削問(wèn)題造成的呢？干切削是加工趨勢(shì)，對(duì)于環(huán)境友好，但以前采用濕切削沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)此類(lèi)問(wèn)題。對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題的工件，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)齒形加工的位置，對(duì)金相進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示，滲層均勻。

圖3 無(wú)齒形加工部位的問(wèn)題工件

為了證明猜測(cè)，對(duì)齒輪加工應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題的工件加工參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)工件分120°，切取A、B、C三個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢測(cè)齒面和齒根各一點(diǎn)，檢測(cè)位置距離表面0.025mm。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1（表中正值為拉應(yīng)力，負(fù)值為壓應(yīng)力）。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，切齒齒根出現(xiàn)壓應(yīng)力，根據(jù)加工方式來(lái)說(shuō)應(yīng)該是拉應(yīng)力，我們認(rèn)為是否檢測(cè)有問(wèn)題。再次隨機(jī)抽取現(xiàn)有的兩件工件，調(diào)來(lái)兄弟公司一件采用干切削加工的相同工件；每件檢測(cè)兩個(gè)位置，每個(gè)位置檢測(cè)0.005mm、0.02mm位置的殘余應(yīng)力。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

其中一個(gè)重要的信息是兄弟公司加工的此工件沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似的“麻點(diǎn)”問(wèn)題，但根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，我們現(xiàn)有的兩件工件的檢測(cè)結(jié)果是優(yōu)于他們的，但為什么他們沒(méi)有遇到該問(wèn)題，而我們卻遇到了呢？

表1 工件加工參數(shù)和應(yīng)力值

表2 殘余應(yīng)力檢測(cè)值

為了驗(yàn)證預(yù)氧化溫度對(duì)于應(yīng)力的關(guān)系，對(duì)其中一個(gè)工件先切下一試塊，然后對(duì)剩下的工件進(jìn)行480℃、保溫90min處理，最后再檢測(cè)殘余應(yīng)力，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 預(yù)氧化后殘余應(yīng)力檢測(cè)值

從這個(gè)試驗(yàn)可以看出，對(duì)于工件進(jìn)行預(yù)氧化不僅有活化表面加速滲碳的作用，還有降低殘余應(yīng)力的作用。這次檢測(cè)結(jié)果與以前檢測(cè)結(jié)果差別很大，是檢測(cè)出現(xiàn)了問(wèn)題，還是工件本身的確存在問(wèn)題？我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)有兩種刀具在用，一種是廠家原裝進(jìn)口的，另一種是國(guó)內(nèi)仿制的。兩種刀具采用相同的加工參數(shù)進(jìn)行加工，于是對(duì)廠家刀具材質(zhì)、鍍層、硬度、切削速度等進(jìn)行了解，調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 兩種刀具參數(shù)值

根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以看出，兩種刀具的加工參數(shù)差別很大，上面出現(xiàn)的檢測(cè)殘余應(yīng)力差別很大，正是不同的刀具加工造成的，并不是檢測(cè)手段本身的問(wèn)題。對(duì)于冷加工來(lái)說(shuō)切齒本就應(yīng)該出現(xiàn)拉應(yīng)力，出現(xiàn)壓應(yīng)力可能與刀具有很大的關(guān)系。新的刀具初始加工時(shí)刀具沒(méi)有問(wèn)題，隨著時(shí)間的增加，切削刃變鈍，采用擠壓方式切齒，造成齒面有很大的拉應(yīng)力，齒根有時(shí)存在壓應(yīng)力。

為了證明這個(gè)問(wèn)題的真實(shí)性，先對(duì)仿制刀具全部封存，并找原裝進(jìn)口刀具廠家對(duì)刀具加工速度進(jìn)行模擬，嚴(yán)格按照廠家要求的速度加工，對(duì)加工工件做好標(biāo)識(shí)。經(jīng)過(guò)半年運(yùn)行，原裝刀具新參數(shù)加工的工件沒(méi)有再出現(xiàn)麻點(diǎn)的工件。后對(duì)仿制刀具也進(jìn)行相同的操作，并按照其廠家提供的加工速度進(jìn)行加工，也沒(méi)有再出現(xiàn)有麻點(diǎn)的工件。由此說(shuō)明，工件出現(xiàn)“麻點(diǎn)”的問(wèn)題就是刀具加工參數(shù)不合理造成的。

4 結(jié)束語(yǔ)

工件出現(xiàn)“麻點(diǎn)”問(wèn)題，并沒(méi)有規(guī)律可循，每個(gè)工序都有可能是造成“麻點(diǎn)”的元兇，應(yīng)層層抽絲剝繭，對(duì)比分析。本案例中經(jīng)過(guò)層層調(diào)查，最終解決了麻點(diǎn)的問(wèn)題，同時(shí)也告誡我們對(duì)于一項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該謹(jǐn)慎。