一个‘被遗忘的角落’

枯木望春

   现在，教科书和一般文献，在谈到渗碳层淬火后的表面层，通常都以形成了压应力而提高了疲劳寿命来描述其特性(之一)。这种论述在工程界几乎形成了一种共识，甚至成为一种基本概念。正因为如此，好些热处理部门，特别是渗碳齿轮的热处理，把几乎全部精力用于渗碳深度、金相组织和硬度指标以及畸变的控制上，把表面应力状态问题忽略了，成为一个 ‘被遗忘的角落’。

    然而，实际情况并非一般文献描述的那么理想，深入的研究表明，渗碳淬火后的表面残余应力状态，有着诸多的影响因素，比如，与纲的化学成分、心部硬度、渗碳层的碳浓度的分布、工艺参数和路线的选择、淬火剂的冷却特性、零件的尺寸和形状等因素密切相关，表面最终的残余应力，既可以是相当大的压应力，也可能是很小的压应力，还可能是拉应力。也就是说，对于某个特定零件，所采用的渗碳淬火工艺后，表面的真实应力状态实际上是个迷，必须经过检测才能知道，一般工厂，可能不会考虑配备这种检测仪器或装置。

    我国的热处理工作者，上世纪60～70年代，曾经对此做过深入分析和研究，并且创造了一种很特殊的渗碳淬火工艺，基本排除了上述影响因素，在配以相应设备的条件下，可以保证获得渗碳层表面为残余压应力状态，经过服役考验，某产品的使用寿命提高近一倍。（注：现在好些宣传性质的东西，是不是都说提高几倍，或更高，耸人听闻，像拉橡皮筋一样，你都信吗？）   
    看到本帖后，有兴趣的朋友，望你静下心来，耐心找一找这份资料，找到了，其知识和技能就归你自己了，收藏起来备用，如果用上了，或者来个再创新，价值就大啦！
   

潇潇暮雨

      之所以形成这样的误区，可能与表面残余应力分布状态不能实现常态化的检测有很大关系

aaron01

前辈这个话题让我非常感兴趣，可否提供一些更详细的信息，比如文章题目，作者名字，关键词之类。。。？便于吾辈去查找。

sbm197873

这和企业的实际情况有很大关系的，一般中小型企业压根不会买X射线应力测试仪，除非交给科研高校测试，相当于技术人员无法获得一手资料。而渗层深度 金相组织 硬度 变形等都是技术人员直接掌握的一手资料。希望有条件的朋友多分享他们的经验。

dqy

压应力的作用是否被放大， 的确值得探讨的问题，
热处理应力--的确是一个遗忘的角落， 热后应力的数据都不是十分清楚，
--并非一般企业具备检测设备，故所讨论多是在定性方面》
这是一个非常好的话题。

潇潇暮雨

抛丸所形成的应力状态

tom

我觉得小截面零件（如销轴）渗碳淬火心部与表面冷速差别不大，如果以组织应力为主，有可能表面得到拉应力。举个例子，我曾经试验过销轴（6-8mm）渗碳以后分别淬1盐水2清水3PAG淬火液，1和3都不会开裂，唯独2开裂（起皮，渗层剥落），分析起来比较复杂，到底怎么解释呢？

aaron01

你的这个问题和大小截面没什么关系，论坛里很多卖淬火介质的朋友，问问他们就知道了，清水本来就是最容易开裂的，关键就是那个蒸汽膜阶段时间长，造成整个零件上冷速不均匀，使得不同部位温差加大，从而加大了热应力。
而盐和聚合物的加入后，由于水在蒸发时会在工件表面析出无机盐或有机物，加速了蒸汽膜破裂，所以相对清水而言，不容易开裂。

tom

“蒸汽膜阶段时间长，造成整个零件上冷速不均匀”
恕我愚钝，这句话不太好理解，蒸汽膜时间长会影响到特性温度或者高温冷速，跟均匀与否有什么联系呢？请老师耐心指导！

霜月

担心齿轮渗碳淬火后表面未能获得预期的压应力，我公司对重要齿轮都增加了一道抛丸强化工序。

aaron01

我的意思是说在工件不同的截面上有的地方已经打破蒸汽膜了，有的地方还没有，清水的话，这种情况会相对严重一些。

tom

aaron01 发表于 2012-12-19 14:16

                               
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我的意思是说在工件不同的截面上有的地方已经打破蒸汽膜了，有的地方还没有，清水的话，这种情况会相对严重 ...

您这么说就直观多了能理解，45钢淬水容易出现软点，说明冷却是不均匀的。

枯木望春

   '关公面前耍大刀'，补充一些看法，对初涉热处理工作的朋友也许有点帮助。
   教科书和相关文献告诉我们，热处理过程中，加热和冷却，零件各部不论从宏观上，还是微观上都存在着动态的温度差的现象，也就是说，存在着热传导的不同期性问题。在目前科技水平条件下，尚无法克服。
    以冷却过程而言，零件与冷却介质接触表面的降温速度始终高于零件内部的降温速度，由表及里，越向中心越迟后，出现的温差越大。这是其一。
   其二，零件浸入淬火介质后，零件表面各部位的散热速度并不一致，比如，六面体的八个角，是三个方向散热，冷却最快；两个平面交界的棱角，散热速度其次；平面的中间区，仅一个方向散热，冷却最慢。这是另一种冷却的不同期性。
   第三，更为复杂的事情是淬火介质的冷却特性问题，常用的是水和油。这两类介质，都有冷却三阶段的表象（我国著名研究淬火介质的学者张克俭、郝学志发现有四个阶段），也就是零件表面处在不同温度区时，其吸热能力却大不一样，相差甚远，即便在同一个阶段，冷却能力也呈动态变化，而且受添加剂、介质本身温度等因素的的影响相当显著。（详见，相关书籍和专业文献的描述。）
   就凭这三点，已经构成问题的复杂性，再把钢号的相变、淬透性、化学成分的不均匀性等问题叠加上去，就可以看到，由零件冷却和相变的不同期性造成的内应力动态变化过程和最终的残留内应力状态，是一个庞大的系统工程。全部搞的很清楚可不大容易，最终应力状态只能靠检测定性、定量。热处理工作者，应当学习好这方面的基本知识，有利于判断和解决现场发生的实际问题。
   工程师的任务是使复杂的问题简单化，抓住敏感因素解决现实问题。所以，热处理时由于内应力问题引起的畸变和裂纹等问题，在实践中已经归纳出一些行之有效的对付办法，大都可以获得解决。
   一般的淬火回火零件，由于回火温度比较高，残留内应力大部份在回火时得到释放，对使用不会多大的影响，无需再特意关注它。
   而渗碳淬火零件则不同，其表层压应力（含合理分布）在工程上的应用是行之有效的方法，不应该被遗忘。隐隐有感，从事重要产品有强实力的公司并没有忘记这个问题。
   将众所周知的关键环节淡化，引导你漠视、忘记，而他却大加应用，是现代产品竞争中的一种阴招，不能不察。
   本补充既浅薄，又空洞，仅借论坛这个平台，说说而已，看者一笑了之

tom

前辈讲的在理，我等应当铭记在心！

wanggong

霜月 发表于 2012-12-19 14:14

                               
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担心齿轮渗碳淬火后表面未能获得预期的压应力，我公司对重要齿轮都增加了一道抛丸强化工序。 ...

重要齿轮?.机加工的问我们为什么有的齿轮要强抛,有的不需要强抛?毕竟要付出成本.
这是一个有趣的话题.通常选择受交变承载力比较大的零件,有时可能当初不需要强抛,台架疲劳寿命试验通不过或客诉出问题了,追加强抛工序作为改善(需要实验验证)措施.

aaron01

德国XX公司XXXX手动变速箱图纸上，明确规定输出轴一档齿轮和二档齿轮需要检测残余应力，检测部位是在齿根部，要求表面压应力大于600ＭＰａ，表面以下0.03毫米处压应力大于800MPa，而其他四档、五档等小载荷齿轮则没有这样的要求。可见人家早就研究过这个问题了！

wanggong

aaron01 发表于 2012-12-20 09:03
德国XX公司XXXX手动变速箱图纸上，明确规定输出轴一档齿轮和二档齿轮需要检测残余应力，检测部位是在齿根部 ...

一档二档五档还有主减齿轮都要强化抛丸，内外输入轴输出轴1也要强抛。但外输入轴原不需要，内输入轴部位由一个齿部加到两个齿部。说到这里，我想请教一下，既然强抛是有益处的，为什么同一个零件非强抛区要保护套保护？增加工装保护套费用及作业时间，不要保护套，整个零件全部强化不是更好吗？反正抛射在“保护套"上也是浪费。

aaron01

通常我们在变速箱零件强喷时加保护套，是为了保护一些已经磨削好的轴承挡，怕粗糙度受影响。通常是在磨齿以后的强喷场合应用。
对于未磨削零件，我以前公司是不加保护套的，就像你说的，没有必要。

wanggong

aaron01 发表于 2012-12-20 09:03
德国XX公司XXXX手动变速箱图纸上，明确规定输出轴一档齿轮和二档齿轮需要检测残余应力，检测部位是在齿根部 ...

所以我倒觉得这是一个技术壁垒。执行标准与检测设备试片都是国外。图纸上怎么写？德国出产品图的也不是热处理工程师，图纸要求与执行标准还相互矛盾，最后问我该怎么去写。锦上添花的事情，抛不抛，目视很明显，抛得怎么样？就只有天晓得。强抛了本来可以使用十年，没有强抛只能八年甚至五年，你买车了，天天开？作出租车24小时用，还是私家车每天行2公里或者每周开一次？

wanggong

aaron01 发表于 2012-12-29 21:31
通常我们在变速箱零件强喷时加保护套，是为了保护一些已经磨削好的轴承挡，怕粗糙度受影响。通常是在磨齿以 ...

可能工装设计不清楚工序吧？但产品图纸上有工艺路线。我们是德国设备厂家负责提供工装，产品图纸给他们，签保密协议。他们的工装也给我们公司的德国人确认。