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17Cr2Ni2Mo大模数齿轮轴渗碳淬火热处理工艺优化

李金良

【摘要】17Cr2Ni2Mo大模数齿轴渗碳淬火热处理的关键是将残余奥氏体量和表

面碳浓度分别控制在(20～30)%和(0.8～0.95)%范围.为此,在常规工艺的基础上提

出渗碳前增加正火处理,冷却时采用热油冷却并循环搅拌等优化方案.

【期刊名称】《大型铸锻件》

【年(卷),期】2008(000)001

【总页数】3页(P11-13)

【关键词】17Cr2Ni2Mo;大模数;齿轮轴;渗碳

【作者】李金良

【作者单位】第一重型机械集团公司冶金研究所,黑龙江,161042

【正文语种】中文

【中图分类】TG156.3

1大模数齿轮渗碳淬火的要求

大模数齿轮锻件为了保证耐磨性能，热处理普遍采用渗碳淬火工艺。其渗碳表面硬

度一般要求56～60HRC。从接触疲劳性能看，大锻件在相对运动中承受着接触应

力和弯曲应力，在一定的循环接触应力下(主要受正交变切应力为主)，表面承受的

剪切应力在距表面0.786bmm处(b为二接触面接触宽度之半)为剪切应力峰，再

往心部其剪切应力将逐渐降低，而这种降低梯度将随接触表面曲率半径增大而变得

缓慢平坦。整个渗碳层离表面某点的剪切强度不足以抗衡外来剪切应力时，就在此

地开始形成疲劳裂纹。只有把淬硬层过渡区往心部推移，才能达到τ/στ0.55而

不成为疲劳危险区。因而大锻件的渗碳层深度就必须加深，例如轧机上大模数重载

齿轮的有效硬化层深度往往要求大于5mm。

综合考虑重载大模数齿轮(包括齿轮轴)的特殊性，总结出大模数齿轮渗碳淬火的质

量要求主要有下列几个方面：

(1)表面硬度，要求有高的耐磨性能；

(2)足够的渗碳层深度，保证有效硬化层深度；

(3)表面渗碳层碳化物形态、数量大小和分布；

(4)渗碳层的金相组织，即马氏体级别；

(5)心部硬度和力学性能；

(6)渗碳层梯度；

(7)晶粒度。

国内外通用的17Cr2Ni2Mo材料大模数齿轮轴渗碳淬火热处理工艺是如何满足以

上几个方面的质量要求呢？现论述如下。

217Cr2Ni2Mo大模数齿轮轴技术要求

17Cr2Ni2Mo材料大模数齿轮轴的化学成分见表1，工件基本尺寸见图1，法向

模数24，齿数20。17Cr2Ni2Mo材料临界温度见表2，生产工序为炼钢→锻造

→锻后退火→半精加工→渗碳→精加工留磨量→淬火回火→磨削。渗碳淬火后技术

要求齿面硬度56～60HRC，有效淬硬层深3.2mm～4.0mm，心部硬度310～

350HBS。

317Cr2Ni2Mo材料大模数齿轮轴渗碳及淬火工艺

17Cr2Ni2Mo材料大模数齿轮轴在我公司∅1.6m×5m井式微机控制气体渗碳炉

按图2工艺进行渗碳处理，该炉装载负荷为20t，碳势控制精度小于±0.05%。渗

碳后在2.5m×4.06m台车热处理炉按图3、4示进行高温回火、淬火、回火处理。

表117Cr2Ni2Mo材料化学成分(质量分数，%)Table1Thechemical

compositionof17Cr2Ni2Mo(mass

fraction,%)CSiMnCrNiMoPS0.180.230.571.711.620.330.070.011

图1大模数齿轮轴基本尺寸Figure1Thebasicdimensionoflargemodule

gearshaft

表217Cr2Ni2Mo材料临界温度Table2Thecriticaltemperatureof

17Cr2Ni2Mo临界点AC1AC3Ms温度/℃730780310

注：(1)允许最高炉气碳势为1.2%；(2)渗速修正系数为1；(3)允许最高表面碳浓

度为1.1%；(4)最终表面碳浓度为0.85%。图2齿轮轴渗碳工艺Figure2The

carburizingprocessofgearshaft

图3齿轮轴渗碳后回火工艺Figure3Thetemperingprocessofgearshaft

aftercarburization

图4齿轮轴渗碳后淬火回火工艺Figure4Thequenchingandtempering

processofgearshaft