20CrMo材料的热处理后硬度和渗层深度屡次不合格的问题分析

刘武乐

材料20CrMo  衬套 920度渗碳 淬火 低温回火 有效渗碳层要求  0.4~0.7

情况一：
   热处理后硬内孔 54~58HRC   滚道 60~61HRC   且硬度不均匀，渗碳层有效深度 0.6mm
原因分析分析1：渗碳温度偏低或保温时间不足。

为了减少渗碳层的深度，为尚热处理公司在处理本批物料的过程中降低了渗碳温度和减少保温时间，使得内孔渗碳不充分。物料硬度整体偏低可以佐证这一说法。
改善措施：
做渗碳试验，制定合理的工艺参数，保证渗层深度和硬度都合格。
分析2：冷却不良。
1）.冷却油老化冷却性能下降，加之内孔处于散热不利的部位，导致过冷度不够，(特别是内孔部位）故此出现了整体硬度偏低，内孔和滚道硬度不均匀，内孔硬度不合格。
2）.淬火油搅拌没有开启或出现故障造成的冷却不良，由于淬火油的温度不均匀导致零件滚道和内孔冷却不均匀，而内孔处在散热不良的部位，内孔过冷度不够故硬度偏低。
改善措施：
1）.定期检测淬火油的性能，及时更换淬火油。
      2）.每次淬油前确认油槽搅拌工作正常。


分析3： 主炉风扇未开启。
加热过程中主炉风扇未开启，炉内温度不均匀、保护气氛不均匀，而且产品加料相隔密切，导致物料在在炉内没有进行有效的加热、渗碳。
改善措施：
1）.每次热处理前确认主炉风扇打开，加强炉温的检测频次。
      2). 加强对炉内碳势的监控，定时记录氧探头的碳势示值。
      3）.正确的摆放物料，单层垂直、物料之间留下部分空隙。
分析4： 内孔余量过大或热处理变形
衬套高度较大，在热处理时的变形量不容易控制，内孔单边余量设计为16-20丝。外滚道单边余量设计为8-12丝。热处理后的衬套在磨加工时，内孔单侧去除的表面余量平均比外滚道单侧去除的表面余量大10丝，造成衬套在同等热处理，磨加工后，内孔的表面硬度低于外表面的表明硬度。
改善措施：
1）.适当调整衬套车加工的余量，避免由于磨削加工余量过大导致的硬度偏低。
2）.控制热处理变形，减小滚道和内孔的变形量，避免由于圆度或锥度过大造成的磨削增加，渗碳层被磨削过多导致的硬度偏低。

情况二：
内孔和滚道的表面硬度都合格为59~61HRC ，但是渗碳层深度为0.8mm 渗层深度超差。
这样的情况反复出现：   渗层合格的时候硬度不够 ，特别是内孔。而硬度合格的时候渗碳层深 超差。
故有如下分析：
1.渗碳层的深度 取决于
1） 渗碳温度  。
2） 保温时间也即扩散时间。
3）碳势
2.硬度的大小取决于过冷度，和机械的加工的余量。
3.为了减少渗碳层深度，降低了碳势  缩短了扩散时间    加上 淬火油冷却能力下降 导致材料硬度不合格。
4.为了提高应硬度热处理工厂采用的办法是增加碳含量（在淬火介质冷汗却能力一定的额情况下）而不是增大过冷度，提高碳势增加了碳原子的扩散速度，导致渗层过深。

从目前的情况看 我们进入了  硬度59~64HRC和渗层0.4~0.7mm不可兼得的境地，即 硬度合格 渗层就超差， 渗层合格硬度就不够，
我认为改善目前现状的唯一途径就是 改变淬火液的冷却能力，在保证渗层深度合格的同时保证硬度。
由于目前的淬火介质油，  我认为可以更换为   双液淬火，快速冷却到MS 后 进入冷却能力稍低的介质。
不知道是否 可以采用水淬？
声明：
本人 不是搞热处理的  可能有些看法不对  ，说的话不专业  请见谅    目的主要为交流学习。
欢迎批评指正

刘武乐

补充一点 ：  淬火设备为  多用炉

刘武乐

下班了  大家都有空了   :victory::victory:欢迎点评

紫琅人

回复楼主；情况一：
   热处理后硬内孔 54~58HRC   滚道 60~61HRC   且硬度不均匀，渗碳层有效深度 0.6mm
原因分析分析1：渗碳温度偏低或保温时间不足。答复：实际保温时间是多少？
分析2：冷却不良；   
答复：如果是冷却方面搅拌机没有打开，淬火油的温度不均匀也会导致零件滚道和内孔冷却不均匀，而内孔处在散热不良的部位，内孔过冷度不够故硬度偏低。
加热过程中主炉风扇未开启，使炉内温度不均匀、保护气氛不均匀，而且产品加料相隔密切，导致物料在在炉内没有进行有效的加热、渗碳。
材料的尺寸余量过大和材料的变形，对后序磨削加工余量过大和不能均匀磨削会导致的硬度偏低，因为表面渗碳层预留度极限了，也等于把渗碳层磨削了，留下的是原始材料的淬火硬度值

情况二：
内孔和滚道的表面硬度都合格为59~61HRC ，但是渗碳层深度为0.8mm 渗层深度超差。
这样的情况反复出现：   渗层合格的时候硬度不够 ，特别是内孔。而硬度合格的时候渗碳层深 超差
取决于
1） 渗碳温度  。
2） 保温时间也即扩散时间。
3）碳势
渗碳层能达到要求  0.4~0.7就不错了

冷却度和尺寸大小也是对硬度有影响的
水淬是有一定风险的，不妨实验一下，要掌握一定的冷却方式和时间

刘武乐

十分感谢高工的编辑和回复 ，由于我是在上班的时候写的这些东西  ，有点慌乱，长时间的泡在论坛上影响不好啊哈哈
高工问的保温时间 我不是很清楚 我不是做热处理的   我只是做一点失效分析 ，自己学习一下，以上的分析是我自己搞的 ，主要发出来让大家指点一下错误，我们的要求就是0.4~0.7 mm但是总是出问题，热处理一直做不到，以上是我给客户的回复报告，
另外我们的弓箭不大 壁厚有8mm  ，内孔直径尺寸 30mm  长度50mm左右  的衬套  带挡边的   （一端) 形状不复杂，硬度不够我认为主要是热处理的淬火油冷却性能下降了 该更换了 ，或者冷却介质选择不当。
深层深度不合格 我认为主要是  碳势 调整不合理  或保温时间不当  ，具体的碳势和保温时间我不是很清楚，这些判断是我个人的推测，
还请指教

刘武乐

虽然热处理时我们自己集团的公司，但是他们不告诉我这些参数，虽然他们不告诉我，但是我感觉这个产品他们的参数定的肯定有问题。

刘武乐

我自己是做轴承设计（目前还在学习中)的 平时做一些客户回复 和失效分析，主要是对材料比较感兴趣， 我想了解这些东西 不是为了能够指导热处理  主要是为了自己学习哈哈。

luxueying2006

这么薄的工件淬火油不应该有问题。校正一下碳势，把渗碳工艺参数说一下，保温了多长时间！

刘武乐

具体的工艺我不是很清楚 我不是做热处理的   谢谢支持

LINFH

渗碳温度偏高

lfp325324

个人认为既然渗层越深可以做到表面硬度合格，且滚道在渗层合格情况下硬度合格，那么问题应该出在内孔渗碳好不好问题上。这样可以从工装、装夹方式、气氛对流等方面考虑让内孔能够得到充分的渗碳，使得内外渗碳均匀。
做到渗层和硬度合格应该没有问题

bjx669

强烈同意楼上的观点

刘武乐

赞同   说的很有道理谢谢