复论渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成的原因和防止措施

时间：2014-03-22 16:43:16 来源：作者：

（怎样使渗碳表面层质量处于世界领先地位，同时节能、降耗、经济效益可观）

李志义1，2，马学文3，蒲玲4，，向书胜5,李晓澎1，2

（1.重庆义扬机电设备有限公司,重庆 400039; 2.重庆长江工业炉公司, 重庆 401329; 3.株州齿轮公司,湖南株州 400029; 4.四川丹齿实业公司,四川丹陵 612260; 5.重庆建设工业集团有限公司, 重庆 400050)

摘要: 在《金属热处理》2000年第25卷第11期刊登题为“渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成的原因和防止措施”和在《齿轮传动》2011.(6)：79-86刊登题为：再述：渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成原因和防止措施的基础上，依据近壹年在热处理生产中的实际总结和产品质量的检验，对渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成的原因和防止措施有了新的见解并加以完善。再次强调了采用净化后的天然气、甲醇、氨气等渗碳气源是减少非马氏体组织的重要措施，并且在检查非马氏体组织时一定要浅腐蚀、晶间氧化（不腐蚀）2011年5月北京三一重工（艾协林多用炉）姚东海首先发现：在风电、重载齿轮渗碳上有效硬化层2.5～3mm，晶间氧化（不腐蚀）15～20μm。表面层质量处于世界领先地位（2011年8月重庆新兴通用丰东韩伯群总工也发现类似效果）。

关键词：非马氏体组织；气源净化；浅腐蚀

Further Discussion on the Forming Reasons of Non-martensite

Structure on the Surface Layers of Carburized and Quench

Hardened Parts and Its Preventive Measures

( how to make the quality of carburized layer in a

leading position in the world, at the same time,

energy saving, consumption reduction, substantial

economic benefits )

Li Zhiyi1，2, Ma Xuewen3, Pu Ling4, Xiang Shucheng5, Li Xiaopeng1，2

Abstract: In the" metal heat treatment" in 2000 twenty-fifth volume

eleventh periodical published entitled" the hardened steel surface

layer of martensite formation reason and prevention measures"

and in" gear" 2011 ( 6) : 79-86 published entitled: the: carburizing

quenching surface layer of martensite formation reason and prevention

measures on the basis, according to the recent one year in heat

treatment production in the actual sum and product quality inspection,

carburization and quenching, surface layer of martensite formation r

eason and prevention measures in a new light and sound. Once again

stressed the importance of using purified natural gas, methanol,

ammonia carburizing gas source is to reduce the martensite

are important measures, and in the examination of Non-martensitic

structure must be superficial corrosion, intergranular oxidation

( corrosion ) in 2011 May Beijing Sany ( Ai Xielin furnace ):

Yao Donghai first discovered in wind power, heavy-duty gear

carburizing on the effective hardening layer of 2.5 ~ 3mm, intergranular

oxidation ( corrosion ) 15 ~ 20 ~ M. The quality of the surface layer

in a leading position in the world ( 2011 August Chongqing new

GE Feng Dong Han Boqun chief engineer also found similar results ).

Key words: non-martensite structure, gas purification, shallow corrosion

0 引言

文献[1]对渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成的原因和防止措施作了阐述。文献[2]对非马氏体组织的组成顺序作了补充，并再次强调必需浅腐蚀，其腐蚀时间为金相标准GB/T9450-2005《钢铁渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》中的1/2~1/3为准。同时，对各种措施下所形成非马氏体组织的厚薄进行了评述。

经过近年来的探索和研究，有必要再次叙述。并对采用喷丸和磨齿等被动措施后的加工工序来减少非马氏体组织层深提出了值得制造厂家考虑的问题。

1 关于渗碳淬火件表面层非马氏体组织

己被公认的非马体组织是由内氧化的贫合金化元素导致而形成。一旦形成此类组织，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲劳极限，并由晶粒边界或氧化物的应力集中区域，萌生细微裂纹，并向更深的地方延伸……。

渗碳淬火件的非马氏体组织包括：表面脱碳形成的铁素体、表层沿晶间形成的屈氏体，有些钢种还有贝氏体。以及在不腐蚀条件所见到晶间氧化。（目前国内外齿轮深度渗碳均采用不腐蚀条件下看晶间氧化，例如：风电齿轮）在气源含硫量较高时，看晶间氧化除了氧化物外，必然存在硫化物、H2S和金属硫化物、汞化物。

对非马氏体组织的组成顺序最严重态排序[2]为：铁素体、铁素体+屈氏体（第一条黑网）、屈氏体（黑带）、屈氏体+马氏体（第二条黑网）、贝氏体+马氏体、马氏体。一般讲不腐蚀条件下所见到的晶间氧化深度小于浅腐蚀状态下的非马氏体组织的深度。

2 影响形成非马氏体组织的因素

2.1 原材料的订货

2.1.1 齿轮渗碳的主要钢种：18CrNiMo、20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4、20Mn2、20MnVB、20MnTiB、20MnCr5、20CrNi3、20CrNiMo、22CrNiMo、22CrMoH、40Cr、45#、35SiMn、40CrNi、40MnB

德国：18CrNiMo、17CrNiMo6为主

美国：20CrNiMo、17CrNiMo6为主

国内：20CrMnTi、20CrMo、22CrMoH、17Cr2Mn2TiH、22CrNiMo（个别企业细小齿轮渗碳为降低成本采用A3钢）

2.1.2 渗碳钢中B、Ti、Sn的控制：

2.1.2.1 一般讲:对加硼的渗碳钢，要注意晶间硼化物的形成。硼化物的形成使晶间局部韧性下降(硼脆)，直接影响磨削应力大小和磨削裂纹源的形成。消除硼钢，硼化物的形成，除冶金冶炼质量为主，热处理一般讲;奥氏体化温度越高冷却速度越慢，则富集到晶间的硼化物也越多，当冷却速度较快时，才有可能防止硼化物的偏聚。因此等温正火，在正火过程中可考虑变速降温的设计方案……。

2.1.2.2 对加钛的渗碳钢，要注意方晶钛（TiN）的形成使晶间局部韧性下降(钛脆)，直接影响磨削

应力大小和磨削裂纹源的形成。消除方晶钛的形成，主要是冶金冶炼质量的控制，热处理一般讲：奥氏体化温度越高强迫方晶钛熔解在奥氏体内，然后在冷却时需确当的冷却速度避免钛在晶间的富集，从而消除方晶钛的形成。方晶钛的形成，或者含钛太高，还会使渗碳速度下降……。最新资料认为[3]：含钛钢容易产生液析TiN从而严重损害钢的接触疲劳性能。在保证渗碳温度下具有足够体积分数的Ti(C，N)颗粒有效钉轧晶间阻止奥氏体晶粒长大的前提下，适当降低钢中钛含量可有效消除液析TiN。同样，还必须综合考虑N的影响，不同氮含量的钢中（如转炉钢和电炉钢）钛含量的控制范围应相应调整。钢铁研究总院与莱芜钢铁集团合作开发的优化钛含量的20CrMnTiH钢，完全消除了液析TiN，同时对氧化物和硫化物进行严格控制，其接触疲劳寿命达到107次以上，比传统生产的20CrMnTiH钢提高一个数量级。在渗碳的工艺中，例如：氮+甲醇+富华气，以及通氨的C-N共渗或N-C共渗均能引起TiN的形成，需适当调整。

2.1.2.3 含锡量的控制

避免晶间锡化物的形成，冶金冶炼锡含量必须控制在0.5% 以下，同时防止在400℃左右回火，通常渗碳钢均在低温回火，这类组织不易形成。

1.3 技术要求：世界第一品牌德国SEW减速机公司，原材料的订货：要求氢含量≤2PPm氧含量≤20PPm

夹杂物：氧化物≤1级，硫化物≤1级，而我们兵器用的枪炮钢，氧化物≤1.5级，硫化物≤1.5级，二者之加≤2.5级。

原材料在冶炼浇铸：推荐用真空抽气脱氧脱氢，磁场、震动搅拌，连铸连轧的方法来减少材料的杂质、偏析。由于各种原因、原材料状态不理想需要进行等温正火处理。

2.2等温正火处理，一般采用950℃，若温度低效果差（特别对白点引起微裂纹的焊合）

等温正火：改善魏氏组织，原始晶粒均匀，应力状态，带状偏析，合金元素偏析，致密度均匀性，夹杂物形态；由条状变为断链椭园状，氢含量下降，夹杂引起的裂纹，对锻造引起的组织损伤或裂纹有愈合作用（俄文1975年报道为焊合；合金元素多焊合时间增长，国内学者肖亚航等[4]2005年报道）最终可获得良好的切削性，且畸度小，性能提高，（零件长期服役下的尺寸稳定性提高）。这种状态下的材料使以后从事表面处理过程中的氢脆和应力腐蚀断裂现象均有减缓作用。资料[3]从动锥齿畸变的研究，再次验证上述观点：原材料存在明显的成分偏析和致密度不均，致使齿轮淬火压淬过程中零件内部同一层面组织转变不一致，产生了附加应力该内应力促使端出现了异常畸度。由于：GB/T1979标准中对偏析框大小和形状没有规定，建议用户采购齿轮钢时多关注钢的低倍钢的低倍组织并加强钢材进厂检验。

2.3 渗碳气氛中气源的选择[6、7]

由于内氧化是氧的参与：古老的渗碳机理CO→Cad+CO2，这种渗碳机理必然是在一边渗碳的同时，一边内氧化，并且使渗碳速度减缓。

而无氧参与下的渗碳气源，其渗碳机理如下：

目前能产生的无氧下渗碳的气源，这些气源在一定条件下才能优化。（务必注意优化措施）

*能直接产生活性碳的渗碳机理

重庆地区的乙炔(C2H2)、丙烷（C3H8)、甲醇也是天然气制造的,均存在含水、含硫指标过一般6mg/m3左右。

要使无氧参加下的渗碳技术达到最多的自由活性碳原子，气源必须要考虑含硫、含水的控制，而且越低越好。

优化这些气源的措施，水、含硫量控制越低越好。特别要强调稳定性、可靠性的控制[4、5、6、8]。

由于城市天然气中含有水和有机硫、无机硫：而且波动很大以至于同一外国著名公司的不同作者，作出不同的结论。有些教授只知用甲烷做试验而无水、硫介念……，对硫引起氧探头寿命降低的思路不明。重庆地区的天然气经拾多年检测为[5]：有机硫30－248mg/m3、无机硫10－70 mg/m3、汞46-97 mg/m3（有些地区汞达到200多mg/m3）、水份露点＞10－24℃。有时因天然气矿脱硫设备检修，城市天然气无机硫高达1100mg/m3，这时很多厂家就会停产，而采用天然气净化设备的厂家，只需将再生时间缩短就可，无需停产。

英俄日德资料均对气源提出含硫控制，而且指出原料气充分除硫[11]。有的厂家勿略上述问题，已遭受市场的冷落；有些进口设备厂家渐渐地退出中国市场。由对比空气密度1.27㎏.m-3，乙炔1.17、甲烷0.72、丙烷1.9，可见甲烷分子链简单、最易裂解，不易在炉内存在死角[15、16]。

很多资料写明，古老的天然气在930℃以上可充分裂解，随着温度的下降不易充分裂解，而现在经充分净化后，在910℃长期渗碳后，工件表面稳定地无碳黑、表面呈光亮银灰色，其渗碳的表面硬度和非马氏体组织均达到德国波尔舍、奔驰、宝马等需在真空炉下渗碳的企业标准。在850～860℃下的 C—N共渗后，表面也呈光亮、银灰色、无碳黑。

2.3.1天然气的质量问题

当人们在研究各种气源渗碳时，并比较各种气源渗碳的结果而确认，天然气气源是所有渗碳热处理气源中最好的气源[1、14]，它不仅仅是价廉，能大大降低成本（四川重型汽车制造厂、一汽大众采用净化的天然气生产后单气源耗损年节约约50万元；株齿公司[5、8]年节约85万，还未计算其产量直接提高11%（株齿马学文发现）+Rx气氛不烧炭黑总共产量提高18%带来的经济效益，以及吃净化气源设备寿命总体提高的效益。），而且渗碳传输最快，保持较高的有效碳势当量（排除那部分能增加碳势，但进入渗碳件因氧参与下的内氧化，使渗碳速度较缓，活力较差的碳势）；表面含碳量最高；渗碳时间最短；渗碳件表面非马氏体组织的厚度和密度最低，一般均能0.003mm以下[4](浅腐蚀)；表面硬度HRC61以上（HV1转换）；碳化物极度弥散。早在70年代市场上就有各式各样的脱硫设备、高效脱硫剂等。含糊地讲：控制总硫，不讲脱有机硫和无机硫的深度，混淆两种硫实质上的差别，模糊技术实质带有商业性的炒作，而且进入城市的天然气，其有机硫、无机硫，就具有差距很大的波动范围，须经受长期检测考验，以防其偶然性的合格过关。

2.3.2 采用净化后的天然气作气源

1）吸热式气氛

在吸热式气氛中，采用了净化后的天然气渗碳后，湖南株齿公司马学文（高工）发现：Rx气氛中CO含量一般高达22%（最高达31%），而采用丙烷气时CO只有17%。因此渗碳能力加强。同样的设备下Rx气耗量要适当下降一些，富化气也适当下降，这样使总的耗气量下降，不产生炭黑，渗碳速度反而提高，非马氏体组织也少。

实践结果表明，同样采用净化后的天然气、同样是吸热式气氛，株齿公司的渗碳齿轮光亮银灰色、无炭黑，非马氏体组织较少，达到最佳效果；一汽大众经过交流改进后，现在的产品也呈光亮银灰色、无炭黑，非马氏体组织控可控制在7μm以下。德国天津sew刘鹏程发现采用天然气净化设备吸热式气氛1500kg多用炉渗碳时富化气0.8m3/h……。在欧洲，富化气1.1 m3/h。节约经济价值可观。目前，若不采用天然气净化设备，同样是一个地区的天然气吸热式气氛[12]非马氏体组织一般在20μm左右。2011年5月北京31重工姚东海发现使用天然气净化设备后，艾协林多用炉有效硬度层深2.5～3mm的风电重载齿轮晶间氧化（不腐蚀）15～20μm表面层质量处于世界领先地位。2011年8月重庆新兴通用（丰东设备）：丰东韩伯群总工也发现类似效果……。此数据据我们所知国内外风电齿轮采用多用炉气体渗碳只有这两家。主要由于渗碳气源质量及工艺，法士特齿轮轴渗碳层深0.68～0.85/5件，晶间氧化12～24μm/5件……[13]

有些厂家采用Rx气氛，由天然气未净化或者净化不好，在其生产的初期Rx气氛发生器中的裂解剂是氧化镍主要组成，具有一定的脱硫效果，给人们有假象热处理质量还马马虎虎……。但不久效果越来越差，打开看裂解剂中毒有炭黑，炉膛内还有黄色粉状物（黄色粉状物是由硫化物、汞化物组成，在渗碳炉膛内发现黄色物质，附着在炉膛内壁粘得很牢，这就是硫化物和汞化物……。（天然气中汞含量有的地区达到200多mg/m3重庆地区汞含量一般在100 mg/m3以下）,见图2

图2 国内某厂天然气未净化处理，炉膛内产生的黄色粘附物（炉灰，硫含量:0.1%,铁含量31.3%,汞未化验）Fig 2 a domestic natural gas purification plant without furnace

to produce a yellow adhesion complexes ( ash, sulfur content:

0.1%, iron content 31.3%, mercury without laboratory)

俄罗斯的学者在研究天然气渗碳淬火中的氢脆问题时发现H2S出现在空穴中MnS、NiS出现在空穴的表面层。因此我们在引进俄罗斯的天然气放热式设备流程中两次脱硫要求硫含量特别低0.5 mg/m3以下……

Rx中的裂解剂由于S化物和汞化物的形成使裂解剂裂解效果下降外，使裂解中的镍组成的多孔形状，发生体积膨胀，粘接松驰而碎化……。这样裂解剂的服役寿命大大下降。Rx发生器定期烧炭黑，我想还有脱硫、脱汞作用……。

Rx发生器的不锈钢因硫和汞的渗入并形成硫化物，汞化物而发生断裂，断口为亮晶块断口，银亮点……。（65年我们研究天然气末净化通入自行设计的75KW无马弗罐、振底炉，电阻丝Cr20Ni80,发生亮晶块断口，银亮点锉刀也锉不动，金相组织为马氏体。这奥氏体→马氏体相变，除用氢压说（氢→晶间的偏聚使压力增大，奥氏体在应力的作用下→马氏体相变）和减弱内聚力机理（氢→晶间的偏聚使奥氏体内聚力减弱→奥氏体失稳→马氏体相变）来解说外，我想还与硫、汞有关，耐热钢的振底炉板出现如图2的视观…….炉灰分析为：硫化铁、氧化汞）

2）直生式气氛

重庆嘉陵集团采用净化后的天然气直生式渗碳在有效硬度层深度0.8mm情况下，非马氏体组织能控制在5μm以下。

3）氮→甲醇→（净化后的天然气）

该工艺下：由于（1）氮气的制备通常用薄膜或焦炭分子筛制氮，在运行初期氮气纯度能达99.99%。随着运行时间的延长，逐渐衰减一般2年后就很难达到99.99%，影响渗碳淬火件非马氏体组织的控制。当然若采用液氮一般较稳定，但液氮较贵。

（2）甲醇：在制造过程绝大多数为天然气制备，其中水和有机硫、无机硫的控制不高（要达到优质纯净的甲醇应采用“氨水、甲醇净化设备”，可达到水份（露点）＜-42℃、有机硫≤3mg/m3、无机硫≤1mg/ m3，就会使热处理质量稳定提高）。所谓99.99%的甲醇本身就是忽悠……，而且硫不控制……。

总之，采用“氮→甲醇→净化后的天然气”的非马氏体组织的控制，就能稳定地、可靠地达到5μm以下。

四川有一家工厂，只除天然气中的无机硫，不除有机硫，其锥齿轮在直生式气氛渗碳炉中渗碳18h，淬火后的非马氏体组织层深达40μm。某集团公司的热处理厂用氮+甲醇+丙酮的滴注式渗碳法，所用的氮以空气经薄膜分离法制备，经净化到99.99%的纯度。在最初生产的两年期间，渗碳淬火件的非马氏体组织层厚度能控制到＜3μm。但随着时间的推移，制氮的膜分离系统和PSA制氮机不能保证正常运行，使产出氮的纯度受到影响。目前渗碳层0.8～1.2mm的工件渗碳淬火后，表层非马氏体组织层厚度达20-30μm。当甲醇含水、硫量大时，非马氏体组织层厚度曾达到40μm，使渗碳淬火件表面硬度明显下降。因此，在滴注式渗碳时，必须严格控制甲醇、煤油等渗剂中的含水、硫量。同理，在碳氮共渗时也要控制氨中的含水、硫量。含水、硫量越低越好。目前市场有氨气净化设备，我想我们的发明专利氨气净化设备“净化”2字被通用了……再进一步细致地询问，实为氨气脱水设备……。脱水深度？服役如初的寿命是多少？

2.4 稀土渗碳技术减少非马氏体组织的形成[12]

杜红兵、孙少权、闫牧夫、刘志儒、张国良等在研究稀土渗碳技术中对20CrMnTi、20CrMnH、20CrNiM等叁种钢进行有、无稀土元素渗碳的对比试验表明，稀土元素添加能够有效地改变零件表面的结构，促使渗碳速度加快。对于同样的渗层要求，渗层时间可缩短、内氧化时间减少、非马氏体组织减少。本人认为是稀土的参与有可能阻碍了氧的扩散，在非马氏组织层深12.5μm情况下，无黑带组织，只有第二个黑网，见图8。

该试验是在天然气未净化下进行，本人估计若在净化后的天然气条件下进行，由于目前真空渗碳采用C2H2中有水和有机硫，无机硫约6mg/m3，有可能其效果会超过真空渗碳结果。

2.5 其它催渗技术的应用

首先由于催渗使渗碳时间缩短，内氧化时间也相应地缩短，就此也使非马氏体组织减少。

人们采用C-N共渗技术，让N来催渗，此技术问题是供Nad的机制。常用供Nad的机制为氨气[2]，只有将氨气中的水、有机硫、无机硫控制的很低时，非马氏体组织才能稳定地减少。

2.6 低压真空渗碳技术的应用

德国波尔舍、奔驰、宝马等对质量要求高的齿轮均采用这一技术，来控制渗碳表面硬度和非马氏体组织和变形（渗碳后不再加工齿面）。重庆旺成齿轮公司采用德国lpsen炉；宜宾五粮液厂采用法国ECM炉的唯一缺点是先进设备昂贵，生产量较低。

重庆旺成齿轮公司采用Ipsen炉，在有效硬化层深度0.8mm情况下，一般非马氏体组织≤3μm，但也有时候超过3μm。本人认为是由于使用的气源为C2H2（重庆地区为天然气制造，含总硫约6mg/m3波动、水份为常温），非马氏体组织层深将随无机硫、有机硫、水份的含量波动而波动，与空气密度（1.27kg/m3）相比，乙块为1.17，甲烷为0.72,丙烷为1.9。甲烷最轻，分子链最小，最易裂解，不易在在炉内产生死角，（不少厂家用甲烷和乙块做对比试验，由于乙块是天然气制造，已经脱硫处理，含总硫6mg/m3左右，而甲烷未经净化使对比度的研究欠公平，其结果是“误区”）。若采用净化后的天然气，一般总硫可控制为1mg/m3、水份（露点）-50℃以下，必然有好转。所得的渗碳系数等数据，必然是新的发现……。期待你去发现……。必将载入史册！

当然，真空炉的设备投资很大、产量较小，是具有局限性的。德国sew公司采用Rx气氛多用炉累计，已订30m3/h天然气净化设备共拾台套……。年节约400万左右。

2.7 不同渗碳钢种的影响

含Cr、Ti、V钢的内氧化倾向小，在钛钢中若钛含量太高，方晶钛的形成使渗碳速度下降，钢中含微量硼或加入0.2%～0.4%Mo能使C曲线右移，提高了钢的淬透性，使渗碳淬火后表层非马氏体组织层变浅。

2.8 热处理工艺和设备

钢件渗碳后，适当提高淬火加热温度，亦可使过冷奥氏体等温转变TTT曲线右移，从而减少非马氏体组织。充分排除渗碳炉中的残留空气，使渗碳气氛稳定，也能减少渗碳淬火件的非马氏体组织。炉子的密封性好，炉外空气不会侵入，也是保证减少非马氏体组织的有效措施。不同厂家的设备由于密封性差异空气的侵入渗碳件表面层非马氏体组织的厚度也有差异。分别考虑吸热式、滴注式、直生式，那么渗碳件表面层非马氏体那种工艺最少，目前国内外不少使用厂家均探讨这一问题……。

我们接触的韩国人、美国人、德国人、日本人在国内的著名企业均采用吸热式气氛……。德国SEW公司世界著名的齿轮渗碳领域的顶尖人物波伦莫斯特博士讲，吸热式气氛质量稳定……。

2.9 淬火冷却介质的影响

渗碳后施行剧烈的淬火冷却可有效减少非马氏体组织（不腐蚀条件下的晶间氧化与淬火液的冷却速度无关）在不导致开裂和产生严重畸变的前提下，尽量采取冷却快的淬火介质对减少非马氏体组织有利。用PAG水溶液淬火比用淬火油有利，用快速淬火油比用普通淬火油有利。为防止变形最好选择珠光体转变速度快而马氏体转变速度慢的淬火液（作者1的创新，即PAG-ⅢB具有的特性在10%浓度下珠光体冷速比水、聚乙稀醇快而马氏体冷却速度近於普通油己在全国推广特别是渗碳淬火件网带炉，己有30台应用）。

3 各种设备和工艺下渗碳淬火件表面层的非马氏体组织层深的比较和评述

3.1 有效硬化层深度

由于各工厂产品要求的有效硬化层深不同，因此在比较时，请注意有效硬化层深度。

注：若A件有效硬化层深为0.8mm，B件有效硬化层深为2A（即1.6mm），那么一般B件的渗碳时间为A的一倍以上，内氧化时间也是一倍以上，由于氧和碳在这种条件下扩散系数的不同，非马氏体组织B件不一定就是A件的一倍，但从表1中可见：株齿公司马学文发现有效硬化层深为1.6mm，检测的非马厚度5μm左右。这样就目前进入国内的低压真空炉渗碳，由于气源净化度不稳定，市场上的乙块、丙烷总硫约6mg/m3左右，有臭味，贮气罐内有黄色沉淀物，水份为常温，也很难达到这一稳定的结果。

*注：（1）浅腐蚀，若试验使用镶嵌试样，其结果还要好些；（2）原淬火油碳黑较多，估计一年后结果还要好。

3.2 国内部分厂家渗碳淬火件表面层非马氏体组织金相检查

重庆旺成、湖南株齿、四川丹齿、长春一汽等厂家渗碳淬火件表面层非马氏体组织金相检查结果见表2，金相照片见图3～图8。在国产风电齿轮上有效硬化层深3mm,晶间氧化15～20μm,处于世界领先数据(采用天然气净化设备)

3.2.2 部分非马金相组织检查简评

1）从图3、图4、图5可见：齿节非马组织重庆旺成不如湖南株齿，而从齿根来看株齿较厚但无黑带。不能单纯从非马组织厚薄来比较内氧化的多和少。由于株齿采用快速光亮淬火油淬火，比旺成的高压气淬冷却快。在齿节得到表现非马氏体组织较少；在齿根部位由于相对冷却较慢，非马氏体组织较旺成厚，暴露了株齿相对内氧化多。

2）从图5、图6可见：都是采用中国发明专利的天然气净化，且都为RX气氛，而株齿齿节非马很少（除了各地区天然气主要成分CH4有偏差外）。长春一汽大众（采用发明专利的天然气净化设备，RX气氛），经交流现产品呈光亮银灰色无碳黑，有效硬化层深0.6mm时，非马降至5μm以下,现还有进一步深入探讨改进的余地。

3）从图6、图7比较：同样都是采用净化后的天然气，因C-N共渗温度低和有效硬化层深度少，本应非马少，但实际上比图6多，是由于C-N共渗使用的NH3没有净化，若采用国家发明专利的甲醇、氨气净化设备，必然大大好转（丹齿公司原来所订天然气设备净化气量为10m3/h，现实际使用气量约20m3/h，其非马明显比5年前的≤3μm增厚）。

4）比较图5、图8、表1：都是采用RX气氛天然气渗碳，而株齿采用了国家发明专利“净化的天然气”，并且株齿有效硬化层深度为1.60mm,其非马组织在齿节处非常低。当然，有一点必须说明，株齿非马组织齿根较厚、齿节较薄，说明该厂采用了快速光亮淬火油其冷却较快……，对齿节有一定的效果。众所皆知：齿轮的使用状态是以齿节为首，因此针对GB/T9450-2005《钢铁渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》，应强调齿轮非马的测定除了应浅腐蚀外，还需指出齿节为验收标准，齿根为参考值。齿根部位非马也应适当控制且不允许有黑带的形成，这是防止齿根疲劳断裂的重要指标……。

4 渗碳淬火后的喷丸、磨齿（剃齿工艺一般在渗碳前加工渗碳后不再加工本文从略）

4.1 喷丸强化

喷丸强化工艺，可以使表面层非马氏体组织减少的同时，使表面压应力增大，提高了齿轮在运行中的耐磨性、疲劳性，己广范应用。对喷丸的研究发展了硬喷丸（500HV以上）和二次喷丸（即先进行硬喷丸后再进行小粒喷丸。强韧性喷丸粒的开发，均取得可喜的效果……）。

西安交大何家文教授对这种压应力进行研究，该压应力随温度的上升而逐渐衰减，一般在400℃左右就衰减完毕。因此，对高速齿轮，就应特别注意：所谓国产齿轮比不了进口齿轮，这也许是其中的原因之一。

4.2 磨齿工艺

磨齿可以使表面层非马氏体组织降低的同时，使齿轮尺寸精度提高，但好的磨齿设备售价一千多万人民币一台，磨削后使齿轮表面压应力转为拉应力，不利于齿轮耐磨性疲劳性的提高。

目前，国内外厂家均采用各种措施减少变形，减少渗碳齿轮非马氏体组织层深，以达到不磨齿、少磨齿的目的。如：德国sew公司，国内湖南株齿、重庆青山、四川丹棱齿轮等公司，不仅提高了功效和降低成本，而且提高了渗碳齿轮的质量。

5 结论

测量渗碳淬火件表面层非马组织必须要浅腐蚀，资料[16]的日本和韩国学者有误（看非马未浅腐蚀），减少渗碳淬火件非马氏体组织的措施主要有：

（1）尽可能用低碳烃和高纯度气体做制备渗碳气体的原料气，其中以天然气最优[5、6、7]；

（2）尽可能选用含Cr、Ni、Ti、V、Mo的高淬透性合金渗碳钢；

（3）从工艺和设备上采取措施，保证炉气不受空气污染，减少氧硫的进入；

（4）尽可能采用激烈的淬火冷却介质和冷却方式。为防止变形和开裂，特别要选择珠光体转变速度快而马氏体转变速度慢的淬火介质；

（5）对渗碳齿轮而言，表面层非马的测定[2]参考QC/T262-1999《汽车渗碳齿轮金相检验》标准，除强调浅腐蚀外，还需指出以齿根为参考值，齿节为验收标准，不容许有黑带存在，只准许有第二条黑网。

一般讲：模数越大，齿节非马＜齿根非马，两者非马相差越大；模数越小，齿节非马与齿根非马相差越小。

（6）对重载齿轮为防止疲劳断裂（一般从齿根非马氏体组织萌生裂纹源而扩展）齿根非马尽可能控制在35μm以内……越少越好……不允许黑带的存在……。

参考文献

[1] 李志义，李晓澎.渗碳淬火件表面层非马氏体组织形成的原因和防止措施[J].金属热处理,2000,25(11):37.

[2] 李志义、李晓澎等.浅谈某些热处理气源和金相标准中的某些问题 [J].金属热处理,2008,33（3）:116-119.

[3] 胡明霞、谭崇凯、毛孝彬、温才云。从动锥齿轮渗碳淬火后异常畸度分析[J]金属热处理2009 34（12）93～96

[4] 肖亚航、傅敏士、袁森。45钢内部裂纹愈合的热处理试验研究[J]。金属热处理,2005,30（6）:83～85.

[5] 李志义、李晓澎.可控气源的选择[J].金属热处理, 1996,(1):52.

[6] 李志义、田荣华、葛友海、胡培中、熊军、熬思渝,等.天然气渗碳的另一机理CH4→Cad+H2及其优化措施（C）.第八次全国热处理大会论文集.

[7] 李志义.渗碳淬火件质量提高的途径[J].热处理,2007（3）：1.

[8] 马学文、李晓澎、李志义等.净化后的天然气渗碳质量的提高及其经济效益[J].热处理,2007,（4）:37-43.

[9] 李志义、田荣华、葛友海、胡培中、熊军、敖思渝,等.采用天然气的气体渗碳[J].国外金属热处理, 2004,(1):41.

[10] 田荣华.变速箱另件毛坯等温正火工艺试验的应用[J].金属热处理, 2002,(6):42.

[11] 樊东黎主编。机械工程标准手册[M].热处理类/《机械工程标准手册》,2003(4):264.

[12] 杜红兵、孙少权、闫牧夫、刘志儒、张国良，等.稀土渗碳技术对改善非马组织的影响[M].2007年（长春）齿轮渗碳淬火技术专题研究会，论文、译文集.论文：102-118.

[13] 薜婷婷（法士特公司）大型机械齿轮轴类零件的热处理工艺[J]金属热处理2011,36(7):74～75

[14] 英国Bodycote热处理有限公司W.Hewitt.关于直接注入碳氮化合物/空气气氛（超级渗碳气氛）渗碳的观点[J].国外金属热处理,2004,(5):29.

[15] 德国LindeAG公司M.Lohymann等.在AvaC低压渗碳中控制乙炔及其反应物[J].国外金属热处理, 2004,(5):32.

[16] M.Kato，K.lnone，G.Deng（日本），B.S.Jeong（韩国）翻译：朱万斌，核对陈乃录，渗碳齿轮弯曲疲劳强度,的尺寸效应（C）.2007年（长春）齿轮渗碳淬火技术专题研讨会.论文、译文集(译文):85-94.

注：此论文在08.8上海中国热处理周宣讲;08.9太原中国热协论文集37～44;[J]齿轮传动,2011,6,79～86.现在又补充了（风电、重载）齿轮中国人发现渗碳表面层晶间氧化处于世界领先地位。2012.03

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