b 0:10 925 0.70 5 0.05 升温及碳原子分解 c d e f j 0:10 5:30 0:40 0:30 0:30 925 925 875 840 840 1.25 1.25 1.05 0.90 0.90 5 5 5 5 5 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 强渗阶段 扩散及降温阶段 注：碳势；炉内碳原子的浓度气氛, 用氧碳头控制碳势； 渗碳层组织 滑动齿轮渗碳冷却后，一般认为工件渗碳层表层应有细针状或隐晶马氏体+细颗粒状弥散均匀分布的碳化物+少量残余奥氏体；工件心部应为细晶粒低碳马氏体组织，不允许有大块的铁素体存在，此时工件畸变量最小；表层与心部之间的组织为高碳马氏体+残余奥氏体。
渗碳层性能 渗碳层的性能取决于表面含碳量及其分布梯度和淬火后的渗。层组织，一般希望渗层碳分布梯度平缓。但由于残余奥氏体较软，塑性较高，借助微区域的塑性变形，可以弛豫局部应力，延缓裂纹的扩展，渗碳层中有 25%～ 30%的残余奥氏体，反而有利于提高接触疲劳强度。表面粒状碳化物增多，将提高表面耐磨性及接触疲劳强度， 碳化物数量过多，特别是呈粗大网状或条块状时，将使冲击韧度，疲劳强度等性能变坏，应加以限制。
2．3 淬火 为了使工件获得表硬内韧的性能要求，工件渗碳后必须进行适当的热处理，由于齿轮的材料是 8620H 钢，是本质细晶粒
钢，特别是钢中含有的强碳强烈阻止奥氏体晶粒的长大，经过长时间渗碳后奥氏体晶粒并化物形成元素 Ti，不明显长大，故可以用预冷直接淬火法。 渗碳后的齿轮温度在 925℃左右，此时可以将齿轮留在渗碳炉中冷却，即预冷，冷却到 840℃时，保温一段时间（保温时间下面有计算），取出后立即放入油中（淬火介质下面有介绍），这样对齿轮淬火，操作比较简单，降低了成本，提高了生产效率，也可以达到齿轮需要的要求，且齿轮氧化、脱碳及淬火变形均小。一般情况下，由于渗碳时工件在高温下长时间保温，奥氏体晶粒易粗大，影响淬火后工件的性能，所以齿轮的材料一般选择过热倾向小的本质细晶粒钢制造。
钢的加热温度一般可根据 Fe-Fe3C 相图选择，8620H钢为亚共析钢，淬火加热温度选择 Ac3 以上 30℃～50℃。根据渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从 925℃预冷到 840℃左右进行油冷可以得到好的效果。加热温度过高或保温时间过长，会引起奥氏体的晶粒粗大引起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。过热时奥氏体的晶粒粗大不仅降低齿轮力学性能，也容易引起齿轮的变形和开裂。过烧后的工件只能报废。加热温度过低、保温时间不足会引起硬度不足。故可选择925℃温度渗碳,预冷840℃左右油冷淬火。淬火冷却速度太快,奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩，引起很大的内应力，容易造成齿轮的变形和开裂，由于8620H是合金钢，淬透性较好，故选择油冷减小冷却速度，
防止淬火造成齿轮变形或开裂。同时也能获得马氏体组织，达到较高的硬度。 保温时间的确定 淬火加热时间包括升温和保温时间两段时间，升温时间包括相变重结晶时间，保温时间实际上只考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。 在具体的生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过实验最终确定。
常用的经验公式为： η= a*K*D 《金属学与热处理》 P116 式中 η————加热时间，min； a ————加热系数，min/mm； K ————装炉修正系数； D ————工件有效厚度，mm。
加热系数 a 表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热 介质和钢的化学成分有关， 根据设计的8620H钢齿轮，加热系数 a 的大小取 1.5。
装炉量修正系数 K 是考虑装炉的多少和方式来确定的。 工件在炉内的排布 方式直接影响热量传递的通道，齿轮在炉中的摆布如下图： 修正系数 K 的值取 2.2 所以，淬火加热时间 η≒a*K*D =1.5x2.2x99 ≒328min ≈5.5h 因为升温和保温当中有渗碳的过程， 所以除去渗碳时间。 齿轮的升温时间为 2h， 所以得到保温时间是5.5h
冷却方式 由于8620H 刚的淬透性较好，冷却速度越大，则淬火内应力越大，淬火变形也越大，这样工件容易变形开裂，不满足齿轮
的性能要求。所以应该使用较为缓和的淬火介质，其热应力就相对较小，因此，选择使用油冷。由于零件尺寸不是非常大，比较小，油淬可以达到淬火临界冷却速度，并且油淬 经济，操作简单。淬火过程中 Ms 点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水，可以减少工件应力的产生，减少由于内应力产生的变形和开裂。为了克服机械油冷却能力低， 以氧化胡易老化，选用355淬火油油淬，80℃的油温冷却，并向油中加入催冷剂（将石蜡基润滑油馏分精制）、抗氧化剂和表 面活性剂。355淬火油的特性温度大约在640℃左右，特性时间 2.25h。冷却过程 齿轮从 840℃冷却到室温过程中，以大于临界冷却速度迅速冷却，获得要求的组织和性能。在奥氏体的区域快冷，产生热应力是表层受压，在避免其分解的同时，也能防止零件的开裂，当温度降到 Ms 点以下，奥氏体转变 成马氏体产生的相变应力，此时冷却速度越大泽相变应力越大，零件表层的拉应力越大，因此当相变应力与热应力差值超过材料的断裂强度，就会导致淬火开裂，此时，就要尽可能在此区域内缓慢冷却，为了淬硬而不淬裂，即在“C”曲线的鼻部快冷，马氏体转变区慢冷。 当钢在油中温度低于 Ac1 线时，可能会出现铁素体，过冷奥氏体会发生转变，会转变为珠光体或是下贝氏体，但是不希望发生这样的转变，而是在温度降 低到 Ms 线，奥氏体转变为马氏体。Ac1 线与 Ms 线之间控制好冷却的速度，使冷 却线不碰到“C”曲线的鼻尖，而具有面心立方晶格的 Ni、Mn、Cu 等元素以及 C 会扩大了奥氏体相区。当温度继续下降，低于 Mf 线后，奥氏体向马氏体转变 结束，产物为马氏体和残余奥氏体，具
有较高的硬度，可以达到 55～60HRC 左右。 钢中含有的 Si 能阻止碳化物形核长大，使“C”曲线右移，提高钢的淬透性，提高了钢的综合机械性能；Mn 主要的作用是提高钢的淬透性，增加钢的强 度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成 MnS） ，防止热脆，增加奥氏体冷却时的 过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。Cr 是碳化物形成元素，增加钢的耐 磨性。Ni 能降低相变驱动力，使“C”曲线右移，Cr-Ni 符 合效果更好，提高钢的淬透性。
材料的组织及性能
⑴ 正常加热冷却 工件加热到 860℃后，保温一段时间，使之奥氏体化后用油冷却至室温，得到马氏体和残余奥氏体，具有较高的硬度。
⑵ 加热温度不足时 出现非马氏体组织，加热后组织为奥氏体+铁素体，室温后组织为马氏体+铁素体，硬度不足，塑性大。 ⑶ 加热温度过高时 会引起奥氏体晶粒粗化，加热后的组织为粗大奥氏体，室温后的组织为粗大马氏体，脆性太大，易断裂。 ⑷ 冷却速度过高时 裂和变形。
⑸ 冷却速度不足时 组织为马氏体+贝氏体，硬度和强度不高，塑性较大。 组织为马氏体，由于晶粒不均匀，性能较差，容易开 裂。 2．4 回火 淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体,它们都是不稳定的组织,有向稳定组织转变的趋势,同时淬火时产生内应力。为了减小或消除淬火内应力, 稳定组织和尺寸,获得所需的力学性能,实践证明重载齿轮选择在 185℃进行 3 小时低温回火工艺较好。滑动