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實戰(zhàn)案例分析！齒輪在滲碳后，出現(xiàn) “麻點” 問題，怎么辦？

2023年11月13日 仁成精密鋼管廠1333???3??? 鋼鐵知識 百度已收錄 № 16924
齒輪在滲碳過程中，有時會出現(xiàn)“麻點”問題。“麻點”的存在不僅影響齒輪外觀、降低齒輪精度，使齒輪表面質量下降，而且還改變齒輪表面應力分布，并使?jié)B層局部產(chǎn)生拉應力，降低其疲勞壽命，更重要的是在使用過程中出現(xiàn)斷齒，產(chǎn)生安全危害。


一、“麻點”缺陷出現(xiàn)的原因


經(jīng)過查閱文獻和總結生產(chǎn)中遇到的一些問題，造成“麻點”缺陷的原因一般有以下幾種：

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

2）齒輪在轉運時由于轉運箱有雜質，沾到齒輪上，齒輪沒有經(jīng)過前清洗，滲碳加熱時雜質在高溫下會順著齒部往下流，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齒。對于軸類也是下端面。

3）齒輪滲碳前一般要經(jīng)過前清洗，由于選用的清洗劑不合適，清洗劑的主要成分是無機鹽，在預氧化時不能燃燒，且使用量大，使用時間長會帶到爐體內；即使使用時間短，如果長期保持這種狀態(tài)清洗劑濃度會逐漸升高，工件烘干后會發(fā)現(xiàn)有粉末在上面，一旦加熱會形成一熔融層，一部分落到爐體導軌上，另一部分留在工件上，滲碳淬火后會在工件表面發(fā)現(xiàn)白點，工件經(jīng)過清理噴丸或強力噴丸后，白點位置會形成麻點。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所示就是無機鹽清洗劑造成的白點。

圖1 無機鹽清洗劑造成的白點


4）齒輪經(jīng)過鹽浴處理，硫酸鹽腐蝕，經(jīng)過噴丸后發(fā)現(xiàn)有麻點。

5）由于淬火油油量不足，造成齒輪淬火時，沒有全部浸入油中，生產(chǎn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)，在噴丸工序會發(fā)現(xiàn)齒輪有麻點。

對于上述類型的麻點，事先都是沒有規(guī)律的，且都是在生產(chǎn)過程中檢測發(fā)現(xiàn)的。


二、麻點”問題的熱處理工藝追查


恰巧我們也遇到了無規(guī)律可循的“麻點”問題，對于這種問題只能層層抽絲剝繭。

2.1 “麻點”工件描述
生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)個別工件滲碳后轉磨齒強力噴丸，產(chǎn)品表面出現(xiàn)麻點，出現(xiàn)的位置不固定，有時在齒面的一個點，有時在齒根，有時在整個齒面。問題工件如圖2所示。

圖2 出現(xiàn)麻點的問題工件


圖2a中只是齒根有硬化層，齒面基本沒有，噴丸后整個齒面都是麻點。圖2b是在工件強力噴丸后，齒面有一個麻點，切開后檢測金相，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。


2.2 “麻點”原因追蹤
調查生產(chǎn)過程沒有發(fā)現(xiàn)異常：

1）沒有采用鹽浴處理。

2）由于是干切齒，因此工件非常干凈。

3）沒有經(jīng)過前清洗，即與清洗劑無關。

4）整個過程沒有涂防滲劑的產(chǎn)品。

5）淬火油方面，滲碳爐都是新采購的，沒有問題。

6）爐子碳勢均勻性沒有問題，檢測9點硬化層在0.1mm之內，符合爐子設計要求。

7）爐子9點測溫溫度誤差在±5℃之間，符合要求。

8）齒輪單邊磨量只有0.08mm。

出現(xiàn)麻點的工件位置：有的在齒面一個點，有的就是齒面全麻。對于有麻點的位置多次進行金相檢測，組織是屈氏體或板條馬氏體。且對于此類型的產(chǎn)品，使用多用爐、推桿爐時都出現(xiàn)過，沒有規(guī)律可循。

對于這種現(xiàn)象我們查閱了大量文獻，也詢問了許多行業(yè)內專家，始終沒有找到原因。


三、考察干切削加工


為了防止產(chǎn)品流出，對其進行強力噴丸分選，工件偶爾出現(xiàn)麻點，出現(xiàn)的工件時間也沒有規(guī)律，有時一天出1件，有時一天出10件，但并不是每個品種的工件都有，只集中在兩個型號的工件。

我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的工件，加工過程都是采用格里森機床進行干切削的，是否是由于干切削問題造成的呢？干切削是加工趨勢，對于環(huán)境友好，但以前采用濕切削沒有出現(xiàn)過此類問題。對于出現(xiàn)問題的工件，在沒有經(jīng)過齒形加工的位置，對金相進行檢測，如圖3所示，滲層均勻。

圖3 無齒形加工部位的問題工件


為了證明猜測，對齒輪加工應力進行檢測。對于出現(xiàn)問題的工件加工參數(shù)進行試驗，每個工件分120°，切取A、B、C三個點，每個點檢測齒面和齒根各一點，檢測位置距離表面0.025mm。檢測結果見表1（表中正值為拉應力，負值為壓應力）。

表1  工件加工參數(shù)和應力值


根據(jù)檢測結果可以看出，切齒齒根出現(xiàn)壓應力，根據(jù)加工方式來說應該是拉應力，我們認為是否檢測有問題。再次隨機抽取現(xiàn)有的兩件工件，調來兄弟公司一件采用干切削加工的相同工件；每件檢測兩個位置，每個位置檢測0.005mm、0.02mm位置的殘余應力。檢測結果見表2。

表2  殘余應力檢測值

其中一個重要的信息是兄弟公司加工的此工件沒有出現(xiàn)類似的“麻點”問題，但根據(jù)檢測結果來看，我們現(xiàn)有的兩件工件的檢測結果是優(yōu)于他們的，但為什么他們沒有遇到該問題，而我們卻遇到了呢？

為了驗證預氧化溫度對于應力的關系，對其中一個工件先切下一試塊，然后對剩下的工件進行480℃、保溫90min處理，最后再檢測殘余應力，檢測結果見表3。

表3  預氧化后殘余應力檢測值


從這個試驗可以看出，對于工件進行預氧化不僅有活化表面加速滲碳的作用，還有降低殘余應力的作用。這次檢測結果與以前檢測結果差別很大，是檢測出現(xiàn)了問題，還是工件本身的確存在問題？我們去現(xiàn)場調查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有兩種刀具在用，一種是廠家原裝進口的，另一種是國內仿制的。兩種刀具采用相同的加工參數(shù)進行加工，于是對廠家刀具材質、鍍層、硬度、切削速度等進行了解，調查結果見表4。

表4  兩種刀具參數(shù)值


根據(jù)調查結果可以看出，兩種刀具的加工參數(shù)差別很大，上面出現(xiàn)的檢測殘余應力差別很大，正是不同的刀具加工造成的，并不是檢測手段本身的問題。對于冷加工來說切齒本就應該出現(xiàn)拉應力，出現(xiàn)壓應力可能與刀具有很大的關系。新的刀具初始加工時刀具沒有問題，隨著時間的增加，切削刃變鈍，采用擠壓方式切齒，造成齒面有很大的拉應力，齒根有時存在壓應力。

為了證明這個問題的真實性，先對仿制刀具全部封存，并找原裝進口刀具廠家對刀具加工速度進行模擬，嚴格按照廠家要求的速度加工，對加工工件做好標識。經(jīng)過半年運行，原裝刀具新參數(shù)加工的工件沒有再出現(xiàn)麻點的工件。后對仿制刀具也進行相同的操作，并按照其廠家提供的加工速度進行加工，也沒有再出現(xiàn)有麻點的工件。由此說明，工件出現(xiàn)“麻點”的問題就是刀具加工參數(shù)不合理造成的。


四、結束語


工件出現(xiàn)“麻點”問題，并沒有規(guī)律可循，每個工序都有可能是造成“麻點”的元兇，應層層抽絲剝繭，對比分析。本案例中經(jīng)過層層調查，最終解決了麻點的問題，同時也告誡我們對于一項新技術的應用應該謹慎。

參考文獻：略。

作者：郝豐林，江蘇雙環(huán)齒輪有限公司

         敬代云，浙江雙環(huán)傳動股份有限公司

         陳德義，赫菲斯熱處理系統(tǒng)江蘇有限公司

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