高表面硬度深层氰化技术研究

郭 徽，孟 伟，刘龙凯

(1.陆军航空兵军事代表局，北京 100012；2.陆军航空兵军事代表局驻株洲地区军事代表室，湖南 株洲 412002；3.长沙中传机械有限公司，湖南 长沙 410200)

高表面硬度深层氰化技术研究

郭 徽1，孟 伟2，刘龙凯3

(1.陆军航空兵军事代表局，北京 100012；2.陆军航空兵军事代表局驻株洲地区军事代表室，湖南 株洲 412002；3.长沙中传机械有限公司，湖南 长沙 410200)

以12Cr2Ni4A材料为例，在可控气氛渗碳炉进行了层深为0.85mm～1.20mm、表面硬度≥60HRC要求的氰化工艺试验，通过试验摸索确定了该设备氰化工艺参数；以某重点型号传动系统齿轮××-××-4178为例，进行了氰化验证。

深层氰化；高表面硬度；工艺试验；生产验证

0 引言

某重点型号传动系统齿轮要求氰化深度为0.6mm以上，最深渗层深度要求为1.20mm，氰化后表面硬度要求为≥HRC60。热处理手册和规范推荐氰化层深为≤0.40mm,表面硬度为≥88HR15N(相当于HRC54)，0.6mm以上渗层深度的零件都是采用渗碳处理。为保证齿轮尺寸精度，氰化后齿面必须进行磨削加工，氰化时需考虑磨齿余量，深度要求为0.85mm以上。深渗层氰化淬火，容易在表层形成非马氏体组织或出现表面硬度偏低现象[1]，高表面硬度深层氰化工艺参数在相关规范、手册上无据可查，工艺实现难度大。本文以12Cr2Ni4A材料为例进行高表面硬度深层氰化技术研究。

1 预期目标

1)12Cr2Ni4A材料氰化深度0.85mm～1.20mm，表面硬度≥60HRC，确定其在可控气氛渗碳炉进行氰化淬火的工艺参数；

2)零件氰化生产验证，氰化质量满足设计要求。

2 氰化技术研究过程

2.1 氰化工艺应达到的指标

12Cr2Ni4A材料，氰化深度0.85mm～1.20mm，表面硬度≥60HRC，心部硬度HRC34～43，金相组织满足HB5492要求。

2.2 氰化工艺参数分析及选取

由于渗层深度较深(常用氰化深度为0.2mm～0.4mm)，以往常用的氰化温度800℃～840℃[2]，会造成氰化时间过长，降低生产效率。考虑到氰化处理是以渗碳为主、渗氮为辅的原理[3]，兼顾可操作性，工艺试验氰化温度拟采用860～890℃；为保证金相组织合格，氰化后进行高温回火处理，高温回火温度采用650±30℃。

为验证氰化温度、时间、碳势及氨气流量对氰化质量的影响，采用不同参数进行4次工艺试验，每次试验带齿形金相试样1件，为模拟零件装炉状态，试验时带适量废品同炉。一般氰化制件表面碳含量为(0.80～0.95)%[4],为摸清此深度、硬度下所对应的表面碳含量值，第3、4次试验时带入了一根碳浓度试棒，氰化后剥层化验碳含量。

工艺试验参数：氰化温度、时间、碳势及氨气流量见表1；高温回火，箱式电阻炉，650℃，4h ；淬火，盐浴炉，790℃，20min，油冷； 冷处理，-70℃，2h；回火， 井式炉，160℃，2h，空冷。

2.3 工艺试验结果

氰化工艺试验结果见表1、表2。

表1 氰化试验参数及理化测试结果

表2 表面碳含量测试结果

2.4 工艺试验结果分析

从第1次试验结果看，氰化温度低，碳势偏高，碳原子来不及扩散,在表面堆积，以致表面组织碳化物呈网状分布；第2次试验，提高氰化温度、降低碳势、加大氨气流量，有利于碳原子扩散，理化测试结果合格，但氰化时间偏长，生产效率低；第3次工艺试验，再次提高氰化温度、提高碳势以加快渗速，结果显示碳势偏高、时间过长,以致深度超深，碳化物呈半连续网状分布；第4次试验，修改氰化工艺参数(降低碳势、提高氨气流量以提高碳原子扩散速度)，氰化淬火后质量满足了工艺要求。

3 零件生产验证

取××-××-4178零件进行氰化生产验证，零件氰化金相试样理化测试结果见表3，零件成品理化测试结果见表4。理化测试结果表明零件氰化淬火后层深及硬度、金相能满足工艺要求， 成品氰化质量满足设计要求。

表3 ××-××-4178氰化理化测试结果

表4 ××-××-4178成品剖切测试结果

4 结论

1) 可控气氛渗碳炉采用第4次工艺试验参数能满足0.85～1.20mm层深、表面硬度≥60HRC、金相按HB5492检验的氰化要求，且生产效率高。

2) 通过型号产品生产验证深层氰化工艺参数合理可行。

[1] 胡光立，谢希文.钢的热处理(原理和工艺)[M].西安：西北工业大学出版社，1996,.

[2] 孙大涌，王广生，雷延权,等.热处理手册[M].北京:机械工业出版社，2004.

[3] 金荣植.齿轮热处理常规缺陷分析与对策[M].北京:化学工业出版社，2014.

[4] 王广生，王峙南，刘忠秋,等.航空制造工程手册(热处理)[M].北京:航空工业出版社.

Research on Deep Depth Cyaniding Technique of High Hardness Surface

GUO Hui1,MENG Wei2, LIU Longkai3

(1.Military Representative Bureau of Army Aviation, Beijing 100012, China;2.Military Representative Bureau of Army Aviation in Zhuzhou, Zhuzhou 412002, China;3.Changsha Zhongchuan Transmission Machinery Co.Ltd, Changsha 410200, China )

In this paper, a cyaniding process test was performed on 12Cr2Ni4A in an atmosphere controlled furnace with case depth 0.85mm to 1.20mm and hardness ≥60HRC to determine the process parameter of this furnace through the test. Took the gears ××-××-4178 of the drive system of a key project as an example, verification of cyaniding process has been conducted.

deep depth cyaniding; high hardness surface; process test; production verification

2016-09-19

郭 徽(1966-)，男，湖北洪湖人，大学本科，高级工程师，主要从事航空机械制造、质量监督方面的研究。

1673-1220(2016)04-043-03

V261.93

A