中频感应退火设备轻松解决20CrMnTiH钢齿轮的裂纹缺陷

齿轮工件材料为20CrMnTiH钢。热处理工艺为930℃渗碳，炉冷至830-840℃油淬，渗碳层深度1.2-1.6mm。使用中发现，齿轮淬火后在花键根部出现裂纹，裂纹深度约20mm。

检验发现，齿轮淬透性过高，渗碳淬火后完全淬透，心部组织为马氏体+贝氏体，其比体积较大，工件表面呈拉应力状态；由于渗碳加热温度较高，渗层组织为粗大马氏体和40%（体积分数）左右残留奥氏体。

分析认为，工件碳含量在1.10%（质量分数）以上时，温度升高晶粒长大很快。该齿轮表层碳含量为1.2%-1.4%（质量分数）左右，当渗碳温度较高时，奥氏体晶粒长大，从而使马氏体针粗大，齿轮性能变脆。同时，由于齿轮完全淬透，奥氏体转变形成马氏体时，体积膨胀，工件表面受拉应力，齿面残留奥氏体含量高，故压应力较小，因而齿轮最终形成表面拉应力状态。在淬火时，工件产生热应力，组织应力和热应力综合作用使齿轮在花键轴根部处引发应力集中，其拉应力大于工件断裂强度时，齿轮形成淬火裂纹，并在交变应力作用下裂纹扩展使齿轮断裂。

齿轮淬透性偏高并且马氏体粗大是产生工件裂纹失效的主因，因而选择淬透性合适的钢材和调整改进热处理工艺是主要手段。调整的热处理工艺采用中频感应退火设备进行，以使工件得到合适的细针或隐针马氏体组织，工件强韧性增强，可防止工件出现裂纹和断裂缺陷。

采用中频感应退火设备进行热处理后，齿轮的裂纹现象消失，工件合格率达95%以上，满足了技术要求和生产要求。更好的是，此热处理工艺适合大批量大规模生产，可以较大提高工人的生产效率。