齿轮渗碳中白斑缺陷的诊断与对策

黄亦雄

摘要：近年来我国工业化进程不断加快，科学技术在自动化生产上得到了大量应用，在工业制造效率不断提高的同时有效提升了企业的经济效益。齿轮在机械运转中起着非常重要的作用，发动机产生的动力是经过不同级数齿轮的依次传递最终在制造中产生相应动作，从而达到自动化生产的目的。齿轮精度的高低会对机械工作效率及其使用寿命产生很大的影响，齿轮精度是由渗碳缺陷的高低决定的，渗碳操作中出现的白斑缺陷会大大降低其精度。下面就白斑缺陷展开讨论，主要介绍渗碳工艺、缺陷产生过程及相关对策。

关键词：齿轮；渗碳操作；白斑缺陷

齿轮制造过程中，渗碳工艺是最关键的环节，渗碳过程直接决定着齿轮的精度和强度。渗碳是指将已经成型的齿轮放在活性炭中，经过一系列的操作使其表面附着大量的活性炭，附着的活性炭越多齿轮的强度就越强，使用寿命也越长。活性炭根据齿轮各部位的质量附着能力也不尽相同，活性炭附着较少的部位就会出现白斑，就是人们常说的白斑缺陷。它的存在将会使齿轮的寿命大打折扣，因此要尽可能消除白斑缺陷从而提高齿轮质量。

一、渗碳过程大致介绍

在渗碳过程开始前需要对齿轮稍作处理，将齿轮进行初步打磨以便渗碳过程的顺利进行。然后开始对齿轮进行渗碳操作，此操作完成之后对齿轮进行热处理，例如淬火处理、回火处理等。之后将齿轮内外表面进行仔细打磨，最后一步检验其抗腐蚀性能，若性能过关齿轮就能正常使用。

在这一过程中，需要注意以下几方面的内容：齿轮的渗碳处理。在渗碳工艺开始前，齿轮必须保持清洁，通常工作人员会用汽油对其进行清洗。在渗碳过程中还需要对其进行二次清洗，这时需要注意清洗工作不会对活性炭介质造成污染，同时还要保证齿轮各部位活性炭附着均匀；齿轮热处理时需要注意的地方。要根据国家标准选择合适的热处理工艺，防止温度过高对齿轮造成伤害，还要选择最恰当的夹具，保证齿轮不会变形；齿轮磨削处理时需要注意的地方[1]。渗碳后的磨削是二次磨削，此過程较为细致，通常需要机床控制砂轮进行该项操作。在使用机床时要确认各项数据输入正确，否则会改变齿轮的大小。

二、白斑缺陷相关试验及成因概述

（一）各类试验相关介绍

齿轮产生的白斑缺陷通过肉眼是很难分辨出来的，需要进行相关试验才能准确判定齿轮是否存在白斑缺陷以及缺陷程度。下面主要介绍三种检验白斑缺陷的试验：利用渗碳剂进行白斑检验。白斑缺陷可与多种类型的渗碳剂产生化学反应，在试验时人们常用煤油和甲醇、丙烷和氮气这两类组合来检验齿轮的渗碳缺陷，这两组试验结果大致相同，在工厂实际生产中需要针对实际情况选择合适的组合进行检验；利用淬火处理进行白斑检验。空气延迟、盐浴炉都能对白斑缺陷进行鉴定，若齿轮存在白斑缺陷，淬火处理后就会在其表面产生白色斑点，与渗碳剂相似需要根据工厂生产的实际情况来选择最佳的淬火方式[2]；利用清洗剂进行白斑检验。清洗剂对白斑缺陷有一定的缓解作用，通过试验可知在用汽油对齿轮进行清洗会出现少量白斑，用超声波技术清洗齿轮会彻底清除白斑，但后者的经济成本较高，一般工厂不会使用该种清洗方式。

（二）缺陷诊断相关分析与介绍

白斑是对齿轮缺陷的笼统说法，白斑缺陷有更加精细的分类。根据白色斑点在齿轮上分布的多少及相关特征，可分为单一白斑和连续白斑。前者主要分布在齿上，齿顶、齿根随机分布，形状接近于圆形，没有清晰的界限之分。后者主要分布在齿面上，呈带状分布，颜色为灰白色，具有清晰的界限。

不同类别的斑点需要相应的冶金技术对其形成原因进行具体分析，但不同技术的检测原理大致相同，就是通过检测齿轮的硬度达到检测白斑缺陷的目的。主要分析方法有以下两种：金相分析和显微硬度分析。两者都需对齿轮进行解剖，前者是在显微镜下观察金相片层的组成成分，白斑缺陷的部位其组成成分与正常部位是不同的。后者是通过特殊仪器对齿轮片层进行硬度测试，有白斑缺陷部位的硬度比心部高、比渗碳层低，且与过度层硬度大致相同。

（三）白斑出现的原因概述

单一白斑与连续白斑产生的原因各部相同，下面对两者缺陷分开阐述。前者产生白斑的主要原因表现为以下两方面：渗碳工艺开始前，对齿轮的清洗工作不到位造成对渗碳介质的污染；在渗碳介质中一次放入的齿轮数量太多，导致活性炭不能均匀地附着在齿轮的各个部位。后者产生白斑有以下几方面的原因：渗碳后进行磨削操作时，齿轮位置摆放不当导致对其轮廓的磨削不够对称，从而造成渗碳层缺陷；工作人员对砂轮没有进行定期停机冷却，造成高温对渗碳层的氧化。

三、解决缺陷的有效措施

（一）加强渗碳前对齿轮的清洗

通常制作齿轮的材料是金属材料，为防止长时间搁置导致生锈，因此齿轮表面会涂上机油、防锈油对其进行保护，这给渗碳前的清洗工作带来很大阻碍。在清洗齿轮使，我们不仅要考虑对齿面的清洁，齿根也是清洗工作的关键。传统的清洗方式不能很好地清洗齿根部位，可引进新的清洗技术和方式来改善，例如喷淋、漂洗等。在经济条件允许的情况下，相关工作人员可利用超声波技术对齿轮进行清洗，这也是目前最先进的清洗方式，能最大程度保证齿轮的干净。

（二）对渗碳工艺进行提升

传统渗碳工艺不仅需要控制投入到活性炭中的齿轮数量，还要时刻关注温度等外界因素对渗碳过程的干扰，费时费力且容易出现较多的废品，增加成本的投入。随着科技的进步，真空渗碳方式被人们研究出来，该方式是利用特殊的仪器将活性炭分离成很多等份，将投入其中的齿轮分别放到分离好的活性炭介质中。这样能够从根本上解决齿轮渗碳不均匀的问题，还排除外界因素对渗碳过程造成干扰。真空渗碳技术的使用，使得工厂不再需要大量的工人，有效提高工作效率的同时大大提升企业的经济效益。

（三）对热处理工艺进行提升

现阶段工厂生产的热处理方式主要是高温回火，若对此过程控制不好会导致齿轮表面的渗碳层氧化脱落，从而出现白斑缺陷。真空油淬的出现很好地解决了这一问题，该淬火过程全程是计算机控制相关数据，能将淬火温度控制在最佳范围内。在对齿轮杂质进行剔除的同时不会对其表面的渗碳层产生危害。

四、结束语

综上所述我们可以看出齿轮渗碳工艺的重要性。白斑缺陷的存在会大大降低齿轮的强度及使用周期，对工厂生产是非常不利的。在现代的工厂流水线生产中，齿轮几乎在不停歇地转动，若齿轮质量太差就会增加维修人员更换齿轮的频率，增加了企业的经济成本同时严重影响工厂正常的生产运作。

参考文献：

[1]卢威，陈娜.渗碳齿轮表面磨削裂纹分析[J].热处理技术与装备，2014，（3）：15-17.

[2]刘海斌，柳岩.齿轮渗碳淬火热处理变形的分析与改进[J].科技视界，2016，（9）：132-132，153.

（作者单位：云南鼎信司法鉴定所）