摘  要 

大連齒輪加工類零件滲碳后經(jīng)熱處理、機(jī)械加工、腐蝕后，發(fā)現(xiàn)在齒輪齒面有滲碳白色斑點(diǎn)出現(xiàn)。針對(duì)不同的白色斑點(diǎn)現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行分析研究，最終消除滲碳白色斑點(diǎn)。

1. 引言

    滲碳是將低碳鋼工件放在增碳的活性介質(zhì)中加熱保溫（一般在880～950℃），使活性碳原子滲入鋼件表面獲得較高的碳濃度，并不斷向內(nèi)部擴(kuò)散而形成一定的滲層厚度，通過(guò)淬火加低溫回火，獲得表面具有高硬度耐磨的性能，而心部又具有韌而強(qiáng)的性能，可以適應(yīng)承受復(fù)雜應(yīng)力所提出的要求。

    白色斑點(diǎn)是零件經(jīng)滲碳、機(jī)械加工、腐蝕后出現(xiàn)在滲碳表面出現(xiàn)的白色區(qū)域。

2. 滲碳齒輪的工藝流程

3. 技術(shù)難點(diǎn)

齒輪在整個(gè)生產(chǎn)流程中，存在以下幾個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)：

3.1 滲碳環(huán)節(jié)

滲碳前清洗方式為航空汽油手動(dòng)清洗，清洗完入爐時(shí)拿取、周轉(zhuǎn)易引起二次污染；普通井式滲碳爐上下區(qū)氣氛流動(dòng)存在差異，導(dǎo)致零件表面滲碳層不夠均勻；

3.2 熱處理（淬、回火）環(huán)節(jié)

a.  在空氣爐采用延遲淬火，沒(méi)有合理、得當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，易引起零件表面高溫氧化脫碳；

b.  沒(méi)有合理的淬、回火專用夾具，導(dǎo)致零件變形的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

3.3  磨削環(huán)節(jié)

a.采用數(shù)控磨齒時(shí)，設(shè)定齒形兩側(cè)磨量相同，而由于滲碳層表面不均勻，齒形誤差、齒向誤差、周節(jié)累計(jì)誤差、齒圈徑向跳動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致零件磨削完后齒面局部區(qū)域去余量太小，齒面碳層不均勻或未磨掉脫碳層，在硝酸腐蝕檢驗(yàn)時(shí)，表面出現(xiàn)顏色差異，即所謂的“白斑”缺陷；

b. 采用數(shù)控磨齒時(shí)，由于高速旋轉(zhuǎn)的砂輪（線速度25m/s）與齒面摩擦而生熱，特別是局部點(diǎn)磨削量足夠大時(shí)，冷卻不充分或者不及時(shí)，局部溫度急劇升高，表面易形成磨削燒傷或磨削再硬化。

4. 試驗(yàn)過(guò)程

針對(duì)白色斑點(diǎn)的出現(xiàn)，做了大量的試驗(yàn)，以對(duì)產(chǎn)生白色斑點(diǎn)的原因進(jìn)行分析，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)。

針對(duì)齒輪的生產(chǎn)流程，我們對(duì)每個(gè)關(guān)鍵工序進(jìn)行大量的試驗(yàn)，用“排除法”逐一分析其可能產(chǎn)生的原因。

4.1 改變滲碳劑進(jìn)行試驗(yàn)

同一批零件分成兩部分，分別在北重滲碳爐和ECM真空滲碳爐中進(jìn)行滲碳

a. ECM真空滲碳前，裝爐時(shí)逐一記錄每個(gè)零件在工裝的具體位置， ECM真空滲碳爐滲劑用丙烷，而后按齒輪的正常工序進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)連續(xù)白斑并沒(méi)有消除，而且和具體位置無(wú)關(guān)，說(shuō)明白斑與滲碳劑的關(guān)系不大。

b. 普通滲碳爐滲碳時(shí)，裝爐時(shí)同樣逐一記錄每個(gè)零件在工裝的具體位置，滲劑用煤油＋甲醇，而后按齒輪的正常工序進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)連續(xù)白斑并沒(méi)有消除，說(shuō)明白斑與滲碳劑的關(guān)系不大，但是上、下坩堝零件滲碳層存在差異，與滲碳?xì)夥詹痪鶆蛴嘘P(guān)。

4.3 改變滲碳前清洗方式的試驗(yàn)

同一批零件分成兩部分，滲碳前分別用航空汽油和超聲波進(jìn)行清洗，其余按正常工序進(jìn)行，腐蝕后發(fā)現(xiàn)，在超聲波清洗的零件再無(wú)“單一白斑”缺陷產(chǎn)生，汽油清洗零件腐蝕后表面偶爾還有“單一白斑”出現(xiàn)。

5. 白色斑點(diǎn)討論分析

    對(duì)出現(xiàn)的不同種類缺陷（單一白斑、連續(xù)白斑）進(jìn)行了理化分析，用硬度法檢測(cè)同一齒牙兩側(cè)的滲碳深度，檢測(cè)白斑處、正常區(qū)金相組織及顯微硬度，結(jié)論為：“單個(gè)白斑”系滲碳軟點(diǎn)類缺陷；

“連續(xù)白斑”系表面“微量”脫碳，或滲碳層不均勻，磨削、腐蝕后表面存在顏色差異，或磨削燒傷。

    單一白斑：白色斑點(diǎn)分布于齒面、齒頂和齒底，呈近圓形或橢圓形的淺灰色或白色斑痕，邊界不夠清晰，；

    連續(xù)白斑：在一個(gè)方向的齒面上有連續(xù)齒呈2～3mm寬的灰白亮帶，邊界較清晰，；        

5.1 白色斑點(diǎn)的冶金分析

金相分析：解剖白色斑點(diǎn)顯示的兩件滲碳齒輪，在白色斑點(diǎn)處沿橫截面取金相試片，顯微觀察，心部組織為回火低碳馬氏體，正常表面滲層組織為高碳馬氏體+碳化物，滲層過(guò)渡區(qū)組織為回火高碳馬氏體＋二次滲碳體。滲層深度約為1mm，。白色斑點(diǎn)表面組織為回火高碳馬氏體＋回火馬氏體+少量鐵素體，屬于滲層過(guò)渡區(qū)組織，深度約為0.3mm，，顯微硬度分析:對(duì)金相試片的心部、滲碳層及白色斑點(diǎn)的顯微硬度進(jìn)行分析，心部的顯微硬度為450HV，滲碳層的顯微硬度為680HV，滲碳層過(guò)渡區(qū)的顯微硬度為530HV，白色斑點(diǎn)的顯微硬度為525HV，結(jié)果可知，白色斑點(diǎn)處顯微硬度與滲碳層過(guò)渡區(qū)接近。

5.2  造成白色斑點(diǎn)的原因分析

5.2.1綜合金相分析及顯微硬度結(jié)果可知，白色斑點(diǎn)處仍有較淺的滲層，因此可排除脫碳和滲碳軟點(diǎn)，第一類白色斑點(diǎn)顯示應(yīng)屬于滲層深度淺。造成滲層深度淺的原因可能是零件在滲碳前沒(méi)有清洗干凈， 

表面附著油污或污物，阻礙了滲碳的進(jìn)行。另一種可能是在滲碳時(shí)，零件裝爐量較多，擺放較密集，齒與齒之間的空隙太小造成兩齒間的氣氛流動(dòng)性差，氣氛不均勻，造成滲層較淺。

5.2.2第二類白色斑點(diǎn)的出現(xiàn)可能是零件在進(jìn)行磨削加工時(shí)裝卡位置不正，砂輪粒度的大小和磨削時(shí)進(jìn)刀量的多少都可能造成齒輪加工量不均勻，一邊加工的多，一邊加工的少，使?jié)B碳層減少，腐蝕后白色斑點(diǎn)呈單面沿齒面連續(xù)分布?；蛘哒f(shuō)磨削時(shí)，砂輪與工件表面溫度高，沒(méi)有及時(shí)冷卻，造成磨削燒傷或過(guò)熱，導(dǎo)致腐蝕后表面出現(xiàn)白色或淺灰色區(qū)域。

6. 解決途徑

針對(duì)齒輪的加工流程，根據(jù)冶金部門對(duì)缺陷的理化分析，我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：

a.改進(jìn)滲碳前零件的清洗方式，消除“單個(gè)白斑”的出現(xiàn)；

b.改進(jìn)滲碳方式，解決滲碳層表面不均勻的問(wèn)題；

c.改進(jìn)淬火方式，解決零件表面氧化脫碳及熱處理變形等問(wèn)題；

6.1. 滲碳前清洗方式的改進(jìn)

零件在機(jī)加工時(shí)，防銹油、冷卻液常附著其表面，按照工藝規(guī)程要求，滲碳前須用航空汽油清洗零件油污，保證表面潔凈、干燥，由于汽油本身去污能力有限，齒面、齒根部油污、很難被清洗徹底，目視不易被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致最終硝酸腐蝕后表面出現(xiàn)“單個(gè)白斑”缺陷，經(jīng)冶金分析為： 由于滲碳時(shí)齒輪表面污染而導(dǎo)致該處出現(xiàn)滲碳“軟點(diǎn)”。

針對(duì)此現(xiàn)象，滲碳前改用超聲波清洗線清洗零件，超聲波清洗具有清洗均勻，去污力強(qiáng)，尤其是對(duì)內(nèi)腔、齒底目視不易發(fā)現(xiàn)的臟污清洗徹底，清洗線具有噴淋、漂洗、烘干的功能，能徹底凈化零件表面，為零件滲碳作好準(zhǔn)備，確保滲碳質(zhì)量。

6.2  滲碳方式的改進(jìn)

針對(duì)滲碳層不均勻的問(wèn)題，我們通過(guò)更換滲碳設(shè)備，采用真空滲碳的工藝。真空滲碳除具有一般真空熱處理的光亮、無(wú)脫碳、脫脂、脫氣、變形小等優(yōu)點(diǎn)外，更重要的是因?yàn)檎婵諠B碳?xì)夥罩胁缓趸詺怏w，可以避免滲碳表面合金元素產(chǎn)生晶間氧化，從而進(jìn)一步提高滲碳零件的耐磨性能和疲勞性能，延長(zhǎng)使用壽命。此外，真空加熱具有活化零件表面及凈化的作用，可使?jié)B碳處理速度加快、時(shí)間縮短、效率提高，大幅度降低了生產(chǎn)成本。

6.3  淬火方式的改進(jìn)

對(duì)出現(xiàn)的“連續(xù)白斑”缺陷進(jìn)行冶金分析，結(jié)論為表面微量脫碳，故采用真空油淬的方式對(duì)其進(jìn)行滲碳后熱處理。真空淬火過(guò)程中，零件一直處在真空狀態(tài)下，不存在氧氣氛，因而不會(huì)產(chǎn)生氧化脫碳、表面非馬氏體組織、表面黑色組織等，同時(shí)零件不會(huì)產(chǎn)生表面合金元素貧化及其帶來(lái)的表面淬透性降低等問(wèn)題，零件表面硬度、表面殘余應(yīng)力水平將明顯提高，因而可以明顯降低零件的表面早期失效，提高零件的使用壽命。

7. 結(jié)論

從而找到了在今后生產(chǎn)中減少或避免白色斑點(diǎn)再發(fā)生的辦法：

a. 加強(qiáng)零件滲碳前的超聲波清洗，清洗完避免二次污染；

b. 選擇滲碳?xì)夥蛰^均勻的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)；

c. 防止零件在熱處理過(guò)程中的氧化脫碳及熱處理變形；