BH催渗技术对减少工件畸变的意义

1、BH催渗技术对减少工件畸变的意义(发表于西安会2005-5齿轮热处理论文集)Reducing Distortion of Components in the Carburizing and Quenching by BH Carburizing Technology 何 鹏 刘新继 安峻歧 林建生关键词：快速渗碳；中温渗碳；热处理畸变；催渗剂 摘要简要介绍BH催渗技术在生产中的应用概况，着重叙述了BH催渗技术对减少工件渗碳淬火畸变的影响及原理，并进一步讨论了一些减少畸变的原因和进一步减少畸变的途径。1 前 言BH催渗技术是通过在渗碳或碳氮共渗介质（如甲醇、丙酮、煤油、RX气体或天然气）中添加少

2、量催渗剂，从而达到提高渗速20%以上；或降低工艺温度40以上，保持原工艺渗速不降低的技术。BH技术可以减小工件热处理畸变；改善渗层显微组织及碳浓度（硬度）分布；工艺稳定，工件渗碳均匀性好；提高工件力学性能和可靠性。同时，还具有简单易行；适用性强，在连续炉、多用箱式炉、井式炉等等都得到成功应用，适合于浅层（0.3）、中层（0.8）和厚层（2.0）的硬化层；及碳黑少，延长停炉烧碳黑周期等等优点。1-15包括一汽底盘、二汽，洛阳、瓦房店轴承，法士特齿轮等百余家企业，采用BH技术后都明显地提高了产品质量，取得了显著的经济效益。催渗技术现已被列为我国热处理行业“十五”期间重点推广的热处理新技术和质量控制

3、技术。近年来也已引起了国外同行专家的广泛关注，如：国际热处理及表面工程联合会（IFHTSE）前主席Totten评价：“BH Carburiging Accelerating Technology is Scientific breakthrough in the history of heat-treating development”。好富顿国际公司在自愿放弃在催渗领域的独立发展权、使用共同商标的基础上，已经初步取得了中国以外多数工业化国家的BH代理权。相信随着工作的进一步展开，BH必将对中国热处理技术水平，在国际上的影响发挥积极作用。本文将着重介绍BH技术对降温，减少工件畸变的影响，讨论减

4、少畸变的原因和进一步减少和控制畸变的途径。减少和控制工件热处理畸变，可显著节约后处理和机加工费用，减少噪音和振动，提高运行精度和设备使用寿命。文中许多论述，评价和数据引自相关企业应用本技术后的应用报告和总结，反映了生产实际。在此，仅向他们表示崇高的敬意。2 BH催渗技术减少工件畸变在热处理过程中，工件出现形状和尺寸上的某种改变称为热处理畸变。通常热处理畸变是不可避免的。采取合适措施可控制和减少畸变，从而显著节约后处理和机加工的费用。例如，在细长轴类，在热处理后为了保持其直线度，需要矫直工序，增加2025%成本20。齿轮畸变直接影响其精度，强度、运转时噪音、振动和使用寿命等。目前，一致认为减少和

5、控制齿轮热处理畸变是贯彻齿轮精度标准（尤其齿形和齿向精度）的关键所在。减少工件热处理畸变是热处理工作者最关注，并时常碰到的技术难题，大家在这方面都进行了大量的研究。BH催渗技术又为我们提供了一种减少渗碳淬火工件畸变的新途径。下面以生产实例说明之。在中间常啮合齿轮上的应用效果9。该齿轮是东风变速箱有限公司生产的148中心距变速箱中的零件。以下数据出自2002年全国热处理行业厂长经理会议暨第三次质量工作会议资料汇编BH-2催渗剂在推杆式连续无罐渗碳炉上的应用，是该厂段宗瑞，郭修锋，李林，李会军对应用BH催渗技术处理8647吨产品的检测和分析的结论。2.1.1实验条件实验产品：中间常啮合齿轮（见图1

6、）。材料为20CrMnTi钢。图1 中间轴常啮合齿轮；表面硬度5863HRC；心部硬度3545HRC；金相组织符合EQY1252001标准。工艺流程：下料锻造正火粗车精车滚剃齿渗碳淬火清洗回火喷丸磨内孔磨端面渗碳设备：推杆式连续无罐渗碳炉。渗碳工艺流程：预氧化渗碳淬火清洗、回火。渗碳工艺参数：表1和2分别是原来渗碳工艺和降温BH催渗工艺的参数。（1）应用BH2之前的工艺参数（见表1）表1 应用BH2之前的工艺参数预氧化预热区透烧区渗碳区扩散区预冷区清洗回火温度48088092094092085070180RX 气m3/h76456碳 势 %时间 分钟125100751501007550150（

7、2）应用BH2之后的工艺参数（见表2） 表2 应用BH2之后的工艺参数氧化预热透烧渗碳扩散预冷清洗回火温度48089089090089082070180RX 气m3/h33456碳 势 %时间 分钟333温度125100751501007550150齿轮采用芯棒挂装方式进行热处理，每料盘三串，每串五件，合计每盘十五件。2.1.2实验结果和分析渗碳结果比较：表3比较了经表1和2工艺处理后渗碳淬火效果。 表3应用BH催渗前、后的渗碳淬火效果Harden case (mm)Carbide classM+A表面硬度心部硬度应用前3460623540应用后0360623438热处理畸变比较：见表4和图2

8、：表4.应用BH催渗前、后齿轮热处理畸变比较序号内孔变形齿形变化齿向变化中心距变化应用前应用后应用前应用后应用前应用后应用前应用后123456789101112131415标准热前尺寸62允许变形量0.225热后精度允许降低一级即0.008，齿形精度8FG，GB10095-88 热后精度允许降低一级即0.007，齿形精度8FG，GB10095-88中心距148 图2 应用BH催渗前、后齿轮内孔、齿形、齿向和中心距变化的比较由表1和2可知，采用降温BH催渗后，虽然温度降低了40，但经相同时间处理后两者的渗层深度相当，即保持原来（940）的渗速和生产效率，同时渗层波动范围减小了，即渗层均匀性得到改

9、善；渗层中碳化物呈细小均匀分布，马氏体、残余奥氏体级别减小一级；渗层内碳浓度梯度分布平缓，可明显改善齿轮品质。由表4和图1可见，应用降温BH催渗前、后，齿轮内孔变形量虽然都低于允许值（），但是，应用前变形量及其波动范围较大（0.110.18 mm）；而应用前后比较小（0.070.11 mm），一致性有所改善。齿形变化值两者相差更大，应用前被测试的齿轮中有2/3超过精度降低一级的允许值（0.008 mm）；而应用后都低于允许值。应用前有1/3齿轮的齿向变化值超过精度降低一级的允许值（0.007 mm）；而应用后全部低于允许值。应用前、后中心距都低于允许值，但应用后变化较小，波动范围较小。应用降温

10、BH催渗后还能有效地节约RX气体和电能；由于降低炉温，使炉内工件，随炉工装夹具及砌砖体的使用寿命都有大幅度提高。综上所述，应用本技术后不仅能保证齿轮渗碳淬火后达到技术要求，而且能实现渗层内无碳化物的特殊要求；能有效地减少齿轮热处理畸变，尤其在减少齿形变形上效果更为明显，生产者认为可使齿轮精度等级提高0.5级。从动螺旋锥齿轮的应用效果210从动螺旋锥齿轮降温BH催渗以下数据出自金属热处理1998.第六期 BH-2催渗剂在汽车后桥齿轮渗碳中的应用湖北车桥集团 钟贤荣等。.1实验条件实验产品：HT1090、HT6471、HT1020和HT130等，其中HT1090从动螺旋锥齿轮简图如图3所示。材料为

11、20CrMnTi钢。图3 HT1090从动螺旋锥齿轮简图产品技术要求：显微组织：按ZBT0400188汽车渗碳齿轮金相检验标准进行评定，其中M.A15级和K16级为合格。硬化层深度：1.0 mm硬度：表面硬度为5863HRC；心部硬度为3345 HRC。变形要求：内孔变形0.08 mm；内端面变形0.15 mm；外端面0.08 mm。渗碳设备：VKES4/2-70/85/130、爱协林多用箱式炉。渗碳工艺：原工艺和降温BH催渗工艺分别见图4和5。 92010 82010均温强 渗扩 散 碳势110085丙酮自动调节甲醇16 L/h氮气 立方米/小时 时间 8小时/炉图4从动螺旋锥齿轮原渗碳工艺

12、 880 10 82010均温强 渗扩 散 碳 势11508BH丙酮 自动调节BH甲醇12 /L氮 气28立方米/小时时 间7小时/炉图5 从动螺旋锥齿轮降温BH催渗工艺.2 实验结果和分析应用降温BH催渗前、后工艺参数的比较见表5。可见BH催渗温度比原工艺低40，而渗碳周期却减少一小时，渗速快了12.5%。表5 原工艺和降温BH催渗工艺参数的比较用前、后均温强渗扩散淬火温度用前920920920830用后880880880820碳势%用前用BH时间用前每炉周期为8小时用BH每炉周期为7小时表6 原工艺和降温BH催渗后质量检验结果*原工艺BH工艺1234512345硬化层深度mm碳化物级别43

13、5232马氏体、残奥534323表面硬度HRC59605960596163心部硬度HRC3435363535373638表中第5行为平均值 mm mm；碳化物细小均匀，平均为2级，原工艺平均超过3级；马氏体、残余奥氏体比原工艺降低1级多；BH催渗后表面硬度均在5963HRC范围内，原工艺硬度偏低问题得到彻底纠正；心部硬度在3640HRC，变化不大。表7表示了原工艺和降温BH催渗后对从动螺旋锥齿轮内孔、内、外端面测量值。可见原工艺处理后内孔有2件（共4件，占50%）超差，外端面不平度全部超过允许值（0.008 mm），内端面都没有超差；降温BH催渗后，其内孔，内、外端面变化值全部低于允许值。由于

14、畸变程度大为减少，所以主、从螺旋锥齿轮的接触区较好，一次配对合格率达90%以上。齿轮噪音下降至7578分贝。采用降温BH催渗后，多次由国家汽车质量监督检验中心对驱动桥总成齿轮进行齿轮疲劳台架试验，均得到较理想的结论。表7原工艺和降温BH催渗淬火后从动螺旋锥齿轮内孔、内、外端面测量值*检测项目原工艺BH工艺1234512345硬化层深度mm碳化物级别453322马氏体、残奥354333表面硬度HRC596059626060616061心部硬度HRC363837383738373938变形内孔内端面外端面第5行为平均值 从动螺旋锥齿轮快速BH催渗10 以下数据出自 南阳威克达齿轮股份有限公司 李国

15、勇 朱永强 催渗技术在连续炉上的应用 2002.3。.1 实验条件实验产品：EQ145、2402和6B5后桥从动螺旋锥齿轮。其中6B5026齿轮简图见图6。图6 6B526从动螺旋锥齿轮简图钢材：20CrMoH钢。产品技术要求：显微组织：按ZBT0400188标准评定。渗层深度：1.5 mm。硬度：表面硬度5864HRC；心部（齿根处）硬度3040 HRC。变形要求：见图1标注。渗碳设备：LS X 15型连续式渗碳淬火自动线。渗碳工艺：原渗碳工艺和快速BH催渗工艺分别列在表8和9中。.2实验结果和分析表10表示了两种渗碳工艺处理后渗碳层深度、表面和心部的硬度及渗层显微组织的级别。可见两者渗层深

16、度相同，但是采用快速BH催渗后推料周期从原工艺的50-52min减至37-38min，工艺周期缩短4.4小时，提高渗速达25%以上；碳化物和马氏体，残余奥氏体级别都降低一级，渗层显微组织得到改善。表8从螺旋锥齿轮原渗碳工艺区 域预处理一区二区三区四区五区温度（）480860900930910820碳 势（%C）甲醇（ml/min）605060丙酮（ml/min）10250-10空气流量m3/h推料周期50-52min装载方法：齿面朝上平放。每盘两摞，每摞6件，每盘12件。下同。表9从动螺旋锥齿轮快速BH催渗工艺区段预处理一区二区三区四区五区温度（）480860900930910820碳势（%C

17、）甲醇ml/min180162020丙酮ml/min01818空气m3/h推料周期37-38min 表10两种渗碳工艺处理后渗层的深度、显微组织和硬度检验结果比较项目渗碳层深度mm表面硬度HRC心部硬度 HRCK级别M、AR级别原工艺61-6233-3544-5催渗工艺61-6233-3533表11列出该齿轮在热处理前和快速BH催渗后大端面平面度变化情况。可见内端面平面度变化大于外端面，数月检测表明，采用快速BH催渗淬火后从动螺旋锥齿轮的一次合格率达91%，比原工艺处理的合格率提高10%。以上表明，采用快速BH催渗技术可提高渗速25%；改善齿轮渗层显微组织；减少从动螺旋锥齿轮的渗碳淬火所引起的

18、畸变，提高齿轮精度。2.3 TS半轴齿轮应用效果4 数据出自 江苏飞船齿轮股份有限公司，陆小兵、李厚宏等BH催渗剂在LSX-15连续渗碳线上的应用 2001.3 实验条件 表11 BH催渗淬火齿轮大端面平面度变化序号端面外圈（mm）端面内圈（mm）热前热后热前热后123456789101112实验产品：TS半轴齿轮，材料20CrMnTi钢技术要求：见表12实验炉子：LSX-15型连续式自动渗碳淬火线。渗碳工艺：原工艺及快速和降温BH催渗工艺分别见表13、14和15表面硬度 HRC心部硬度HRC渗层深度mm金相花键孔变形量mm58-6433-48汽车标准表12 TS半轴齿轮技术要求表13 TS半

19、轴齿轮原渗碳工艺*区段一区二区三区四区五区温度860900930900830碳势C%甲醇量L/h丙酮量L/h0空气0自 动 调 节表14 TS半轴齿轮快速BH催渗工艺*区段一区二区三区四区五区温度860900930900830碳势C%甲醇量L/h丙酮量L/h00空气0自 动 调 节*装炉量180只、节拍28分钟、渗碳周期10.26小时。表15 TS半轴齿轮降温BH催渗工艺*区段一区二区三区四区五区温度860890900890810碳势C%甲醇L/h丙酮L/h00*装炉量180只、节拍32分钟、渗碳周期11.7小时。 实验结果和分析经表13、14和15的渗碳淬火后齿轮九点抽检结果分别见表16、1

20、7和18。碳浓度剥层分析结果见图7。由表13和14 可知，采用快速BH催渗后推料周期由36min减至28min，渗碳周期由13.2h缩短至10.26h，而渗层深度基本相同，即提高渗速达22%；渗层均匀、显微组织和花键孔变形都有改善。表16 原工艺处理后质量检查统计的结果金相组织（范围）渗层mm表面硬度HRC花键变形范围mmMAKF5级5级1级1级58-64表17 快速BH催渗后质量检查统计的结果金相组织（范围）渗层mm表面硬度HRC花键变形范围mmMAKF4级3级1级1级59-63表18 降温BH催渗后质量检查统计的结果金相组织（范围）渗层mm表面硬度HRC花键变形范围mmMAKF4级3级1级

21、1级59-63图7 原工艺和BH催渗后碳浓度分布曲线比较表13和15可知，降温BH催渗温度比原工艺低30，但渗碳周期却缩短了1.5h，即渗速提高11%；降温BH催渗后TS半轴齿轮花键孔变形量减少了），既改善了花键孔变形的一致性。为冷热加工配合，控制花键孔变形提供了条件。BH催渗后渗层显微组织优于原工艺生产的；渗层碳浓度分布平缓，表面至距表面部分为0.85%碳含量的水平线，从而增厚了渗层内高硬度部的比例，有利于提高齿轮的承载能力和使用寿命。该厂采用BH催渗后产品很少发生售后质量问题。并认为产品质量能得到美国福特和德国奔驰汽车公司的认可，成为该两公司的齿轮定点工艺商也与采用BH催渗技术有关。3 讨

22、论3.1 工件发生热处理畸变的机制在渗碳加热期间，由于工件各部位加热的不同时性，导致工件各部位热膨胀的差异，将引起热应力。加热期间由于加热速度比较缓慢，通常引起的热应力较小；但是在淬火冷至Ms之前，油冷却速度可高达90/sec（见图7），工件各部位冷却不同时性就比较突出，各部位收缩的差异较大，这种收缩的差异就造成大的热应力。在图8中就具体地说明了棒料（3070mm）在垂直淬火期间棒表面的上、中和下及棒的上和下端面冷却的不一致性。冷至低于MS后奥氏体转变成马氏体，伴随体积膨胀： V%）（奥氏体（%C） （1）渗层内碳浓度由表及里连续降低，导致MS温度相应的由表及里升高。MS与%C及%Me关系为：

23、Ms（）=561-474（%C）-33（%Mn）-17（%Ni）-17（%Cr）-21（%Mo） (2)或MS（）=539-423（%C）-30.4（%Mn）-17.7（%Ni）-1（%Cr）-（%Mo） (3)由于冷却不同时性和渗碳层碳浓度分布特点将导致工件各部位马氏体转变或体积膨胀的不同时，在工件内部造成组织应力。图9说明渗碳试棒油或水淬中马氏体转变的不同时性；低碳钢棒渗碳后渗层厚，并具有正确的碳浓度分布（碳含量由表及里逐渐降低），并假定其纵截面上各点Ms-Mf如图9下部所示。根据淬火时截面上不同瞬间的的等时线（冷却曲线）可知，在油冷11秒于渗层/心部交界处开始马氏体转变，并于30秒后转变

24、完成。在该期间内表层之发生非常小量的马氏体转变。可见，渗碳后不仅改变了截面上马氏体转变的顺序，而且加剧了转变的不同时性，并增大体积效应及组织应力。渗碳工件几何结构的非对称性（如从动螺旋锥齿轮）和尺寸上悬殊都将增加冷却和马氏体转变的不同时性，热应力和组织应力。当热应力、组织应力或两者的综合大于该瞬间（温度下）某部位钢的塑性抗力时就发生不可逆的塑性变形；马氏体转变引起体积效应；及工件在渗碳温度下因自重或其他工件施加的重力会引起蠕变倾向。及热处理前，因加工（机械加工、焊接等）引起的残余应力在渗碳温度下松弛等都会使工件发生畸变。而淬火期间工件各部位冷却（收缩）和马氏体转变（体积效应）的不同时性而引起的

25、热应力和组织应力是工件热处理畸变的主要原因。图8 钢棒（3070mm）垂直淬入 图9 渗碳后70静止油期间测得（a）去表面上； 氏体转变的不同时性（a）合金钢渗（b）两端面上的导热系数的变化 碳和油淬；（b）低碳碳素钢渗碳和水淬23 3.2 BH催渗淬火减少工件畸变的原因应用BH催渗技术的企业普遍地认为该技术能有效地减少工件畸变。采用降温BH催渗时，工艺温度从930降至880或900，相应减少了加热的温度区间，尤其在连续炉中还经过480-500的预热（预氧化）进一步缩小加热温度区间，从而降低加热速度，减小加热期间工件之间及工件内各部分之间的温差及由于温差和热膨胀不一致而引起的热应力；众所周知，

26、钢塑性抗力（强度）随温度的升高而降低。因此在较低温度下渗碳，工件（钢）具有较高塑变抗力（强度），从而降低了工件蠕变倾向。上述表明，降温渗碳将减小热应力；提高钢的塑变抗力；和降低工件蠕变倾向，从而显著地减少了工件在加热期间和渗碳期的畸变。强渗和扩散后，降温至约820（较通常低20-40）后再油淬，同样有利于减小在淬火期间工件各部位之间冷却和相变的不同时性，以及由于这些不同时性而引起的热应力和组织应力，从而有效地减少淬火期间畸变。此外，BH催渗后渗层具有更平缓的碳浓度分布曲线（见图7），由图9可知这将导致Ms温度由渗层/心部向表面平缓的降低，有利于减少马氏体转变的不同时行和工件的畸变。快速BH催渗

27、也一定程度上改善了工件畸变程度（见），这与该技术缩短渗碳周期（4.5h），即缩短高温（930）下持续时间-蠕变时间，减少蠕变量有关。低压（真空）渗碳随后高压气体淬火可显著地减少工件热处理畸变，其原因之一是低压渗碳可缩短渗碳周期约50%27；同样，BH催渗能得到平缓的碳浓度分布的渗层，减缓淬火中马氏体转变的不同时行；此外，快速BH催渗后采取降温（830）淬火措施，有利于减少畸变。3.3 进一步减少畸变的途径工件的热处理畸变及其影响因素，减少和控制的途径是材料和热处理工作者最为关注的难题，进行了广泛的研究。但是，迄今难于提出定量化完整的预示工件热处理畸变的数学模型22。工件热处理畸变的影响因素，涉

28、及工件的设计、材料和加工的整个过程的诸多环节。文献22列出五个方面下属26种因素和77个子因素影响畸变；文献24认为七个方面和38个子因素，决定了工件渗碳淬火后畸变状况。本文不对它们做逐一评述，仅简要地讨论如何进一步减少畸变的主要途径。工件设计和几何结构 众所周知，工件的几何结构将严重地影响畸变状况。Cook22为了研究非对称性几何结构对畸变的影响程度，在环状试件（外径152mm，孔径44mm，厚22mm）的下端面开凹槽，渗碳油淬后呈盘状（中凹），且中凹程度随所开凹槽深度而增大（见图10）。但是，在试件上、下端面开相同凹槽后，试件基本上保持平面。从动螺旋锥齿轮在渗碳淬火后，畸变大也主要归因于其

29、非对称几何结构。非对称几何结构将加剧加热和冷却中温度的不均匀性和非对称的热应力和组织应力，引起非对称的畸变。Altena等27系统地研究了气体和油淬火的参数对齿轮形状和尺寸变化的影响。为了研究几何结构的影响，设计了标准和加强几何结构的齿轮（见图11），制造齿轮钢材成分见表19。他们研究表明，与标准齿轮几何结构相比，加强齿轮几何结构在渗碳油淬后减少失圆度约17%，不平度约40%。结果表明，齿轮几何结构对畸变的影响比变动油池温度起更显著的影响。图10对称性对形状变化的影响（钢0.2%C，1.5%Cr，0.2%Mo，2%Ni，渗碳并油淬22）图11两种研究用的齿轮几何结构表19制造图11中两种齿轮所

30、使用钢的成分26NO.MaterialIngot geometry%C%Mn%Cr%Si%AlHardenability J10HRC1CSN/Cast ingot33-372CSN/Cast ingot363DIN/Continuously334CSN/Continuously Cast ingot Bergstrom等25估计工件的几何结构对其畸变状况的影响程度约为50-60%。因此在设计阶段要十分重视工件几何结构的对称性，刚（强）度及各部位尺寸的分配，以减少热处理畸变。但是，在设计中由于其他要求(例如结构上或配合的需要）也应加以考虑。因此必须做若干折衷。完全根据热处理要求的设计不总是可行

31、的。 淬透性 钢的淬透性取决于其成分和奥氏体晶粒尺寸，通常应用顶端淬曲线作为钢淬透性的量度，钢的淬透性(化学成分）对工件畸变的影响已得到广泛研究。 Cook22研究了渗碳钢圆环在渗碳油淬后形状和尺寸的改变(见图12)，可见随铬含量(淬透性)增加，内孔收缩量和圆环上下端面中凸增大。Bergstron等26发现，随淬透性增加，齿轮渗碳油淬后齿向变化减少，但是增加成本。图13示出27MC5钢齿轮渗碳后废品率与淬透性（用端淬位置J11mm硬度值表征）之间关系，可见J11处硬度值超过42HRC，畸变废品率显著增加28。为了满足性能要求和避免因畸变而造成格外损失，规定在J11处37/43或38/42HRC

32、的限制淬透性。为了保证工件在热处理后性能及畸变一致性（畸变程度及其波动范围）需要限制钢材淬透性。国内已经注意钢材淬透性及其限制并收到较好的减少和控制工件畸变的效果。图12 具有不同铬含量钢的圆环渗碳油淬后尺寸变化(m)心部硬度表示在括弧内（基础钢；0.18%C，0.25%Si，0.85%Mn,0.1%Mo,0.5%Ni;圆环尺寸；外径152，内径44，厚22mm）图13 淬透性对27MC5钢齿轮渗碳淬火与畸变废品率的影响淬火 Altena27认为齿轮在合适装夹和对流加热等提供良好的低畸变条件下，齿轮总失圆度的60%和总不平度的40%及内孔的锥度是淬火期间引起的，下面仅讨论油和高压气体淬火时影响

33、畸变的因素。油品性 油品性决定油淬火时冷却能力（速度），工件心部硬度并很大程度上影响畸变状况。油的品性及添加剂种类和浓度对油冷却特性都有重要影响。图14示出标准几何结构齿轮，在OL45滚柱轴承淬火油和DurixolW25高速淬火油中淬火后畸变情况的对比，可见应用高速淬火油后不平度减小约26%；失圆度改善约10%。后面实验数据都在高速淬火油中取得。油温 在图15中比较了冷油和热油的冷却效能，可见在580下冷油的冷却速度约为热油的1.5倍。图14油品性对齿轮形状变化的影响（标准几何结构齿轮；120油池温度） 图15油和气体淬火的效能的比较图16示出油温对齿轮畸变的影响，可见提高油温，内孔失圆度会减

34、少12%,且改善了分散性；锥度显著减少（45%）；不平度在90和120油淬后相近。在150下变坏。因为不平度对齿侧面角偏差发生显著影响，所以在该条件下120油池温度似乎是最佳油温。内孔尺寸在90油温下有一定收缩；在120和180下内孔小量长大。加强几何结构齿轮在150油池温度下达到最小畸变的结果。油循环速度 以叶片转动速度表征油循环速度。图17示出油循环速度对齿轮畸变的影响。可见320rpm时，齿轮失圆度和内孔锥度显著减小，分别降低29%和42%,且失圆度的分散程度有一定减少；同时还改善了不平度（10%）.当降低油循环速度显著时，内孔尺寸从轻微收缩变成小量长大，这与降低油循环速度，使油冷却速度

35、有些降低延迟从蒸气状态过渡到沸腾状态，引起冷却状况改变有关。图16油池温度对齿轮形状和尺寸改变的影响（标准齿轮几何结构）图17油循环速度对形状和尺寸改变的影响(标准几何结构齿轮，油池温度120)从图17中还可见到，延迟5秒开始320rpm油池循环，导致失圆度和内孔锥度的显著恶化，不平度实际上不变；内孔明显更大收缩。由于淬火初始不循环，使蒸气状态延时停歇和冷却均匀性的恶化也许是其原因。上述表明，在气体渗碳油淬火和标准几何结构齿轮条件下，最佳淬火条件为；采用高速淬火油Durizolw25;油池温度120；油循环速度350rpm。高压气体淬火 通常高压气体淬火与低压渗碳等联合应用，特别适合于高精度工

36、件的热处理。高压气体淬火剂在淬火期间内保持单相状态，可能提供更一致和更均匀的冷却，能够更均匀到达炉料中所有工件，使工件各部位(如上，下表面）受到更均匀冷却和淬火。现在淬火室中多用低于15bar压强的氮作淬火剂。在前面图15中，同时比较了油及20barHe在真空炉内和冷却室内淬火中冷却曲线，可见在高于800时20barHe的冷却能力与油的相当；在约730-800时范围内冷却能力比油的强；在约500-650下冷却速度约为油的1/3；在200300范围内冷却速度略高于油的，这有利于工件在低于Ms温度期间得到更均匀的冷却和减少畸变。应指出，高压气体500-650 范围内，即低合金钢等温转变曲线的鼻部（

37、A-F区间）奥氏体最不稳定的温度范围内冷却速度远低于油。所以，只有钢材具有足够高的淬透性，使高压气体的冷却速度大于钢的临界淬火冷却速度（Vk），才能使齿轮齿的心部硬度达到330-350HV。在图18中比较了氮和氦及不同压强下氦的冷却能力，可见在10bar下氦的冷却能力高于氮的；随着在压强增高，氦的冷却能力增强。目前正在开发大于15bar气体淬火在热处理中应用。研究表明27，与油淬火相比，使用低压渗碳随后高压气体淬火可显著地减少齿轮的不平度和内孔锥度（约3050%）；标准几何结构的失圆度稍好于油淬的，而加强几何结构齿轮的失圆度比油淬的略差。低压渗碳随之高压气体淬火是当前最有效减少工件畸变的途径。

38、综上所述，渗碳淬火后工件畸变是不可避免的。因此，为了保证工件的精度，主要的任务是预计出热处理后畸变状况，然后在加工时使工件达到“绿色尺寸（Green sige）”, 在渗碳淬火后该尺寸迁移到所要求的尺寸。这要求工件畸变具有好的一致性，即同炉次工件之间和不同炉次的工件之间畸变始终在限定的范围内变动，这就要求限定钢材的淬透性；渗碳工艺和淬火的稳定性和一致性。 其它影响因素，如加工方法，预处理（去应力），渗碳时装载和预热，渗层 深度等等都对渗碳淬火后工件畸变有影响，不做进一步分析。 图18氮、氦及不同压强氦气体淬火效能的比较21 4 结论 BH催渗技术可以在各种炉子中实现快速渗碳，提高渗速20%以上

39、。 在渗碳温度比常规温度低40下，BH催渗可保持原渗碳工艺的渗速或略有提高，降温BH催渗可显著减少工件热处理畸变，使齿轮渗碳淬火后精度比原来的提高0.5级以上；降低齿轮运行中噪音。 BH催渗后，渗层深度波动小；碳化物呈细小，均匀分布，通常2级；残余奥氏体，马氏体级别3级；渗层内碳浓度分布平缓，高碳浓度区段增厚。从而明显改善工件力学性能。工艺稳定再现性好。 应用BH催渗后节电效果明显，提高生产效率；降温BH催渗还提高炉内工件，工装夹具和砌砖体使用寿命，节约维修费用;BH催渗后炉内碳黑少，延长炉子烧积炭的周期，从而收到明显的经济效益。 BH催渗由于缩短渗碳周期或/和降低渗碳温度，从而减少渗碳温度下蠕变；渗层碳浓度分布平缓，减小淬火中马氏体转变的不同时性及相关的组织应力；降温（820-830）后淬火，有利减小淬火中冷却不均匀性及热应力和组织应力。这些因素促使BH催渗后工件有更少的畸变。 为了进一步减少和控制工件畸变，在设计时应重视工件的对称性，刚（强）度和尺寸分配；限定钢的淬透性；选定合适淬火用油，优化油温和循环速度等参数及因地制宜采用其它措施。参考文献1.2.3.4.5.6.7.8. 湖北车轿股份有限公司，钟贤荣， BH催渗剂在艾协林箱式炉上应用，国外金属热处理. 2002.第四期。9. 东风汽车变速箱有限公司热处理分厂，段宗瑞，郭修锋，李林，