离子渗氮温度不均的问题分析与防范-三联齿轮油泵齿轮

据悉，三联齿轮油泵齿轮的离子渗氮温度为500～510℃，渗氮时间24h。从热处理工艺整体设计分析，并结合了前期调质处理的工艺，经离子渗氮后的齿轮基体硬度不会减低。

　　但是，在齿轮油泵齿轮生产实践中发现，离子渗氮后仍然有少量齿轮的基体（非渗氮区）硬度偏低，个别齿轮甚至低于心部硬度技术要求，表明炉里面局部区域的离子渗氮温度较高。离子渗氮工件的加热原理是正离子于电场作用下加速射向阴极工件，并在阴极位降区域内多次进行碰撞中性粒子，使之具有与正离子相近的能量，工件受这些高能粒子的猛烈轰击，加热升温。当齿轮的局部区域被高能粒子猛烈轰击时，该区域的温度将显著升高。

　　例如，某炉有387件用于等离子渗氮的齿轮。齿轮的加载方式为，每个堆叠20件。渗氮后，对非渗氮表面进行整体硬度检测，发现少量齿轮基体硬度降到20~24hrc。在距阴极盘边沿35～40mm的位置，齿轮非渗氮面未发现硬度降低现象，2号位置（距阴极盘边沿8～10mm）发现8件齿轮非渗氮面硬度减低，3号的位置发现有17件齿轮产生非渗氮面硬度降低。理论分析认为，其原因是离子渗氮的过程之中，产品的局部温度偏高。因此，生产三联齿轮油泵齿轮中要从以下几个方面来防范渗氮温度不均的问题：

　　（1）产品装炉要注意均匀，对于小件（φ60mm以下）而言，距离阳极越近，温度越会偏高。阳极附近即阴极盘边沿50mm以内温度较高。40Cr钢经过调质，硬度为27～30HRC，离子渗氮后该区域产品硬度降到22～24HRC（非渗氮区，被屏蔽）。根据该数据利用40Cr钢传统调质工艺分析认为该部分齿轮进行渗氮中的温度达到了600℃左右，比离子渗氮工艺温度510℃高出90℃左右。

　　（2）产品摆放不宜过于密集，间隔应大于18mm，过于密集会产生局部温度上升。

　　（3）在等离子渗氮“起弧”、加热和隔缘过程中，应注意防止异常“起弧”。例如，明显的强弧、连续弧。一旦发生，必须停止生产，查明原因，如油泥、毛刺、缝隙等，必须消除。否则，电弧附近的工件温度过高，基体硬度降低，甚至工件被烧蚀。

　　（4）工件的形状和结构尺寸也会影响加热。辉光面积越大，温度越高。在空心工件内外电弧的情况下，工件温度会很高。例如，对于三联齿轮油泵齿轮淬火和回火状态相同，在同一炉内进行等离子渗氮，其渗氮层的深度和硬度相同。经测试，A齿轮的复合层比B齿轮复合层的厚度约为3μm。推断A齿轮渗氮温度高于B齿轮渗氮温度，根据长期积累的实践经验估计，渗氮的温度在20~30℃左右。