Fe-2Ni-0.5C粉末冶金钢内花键齿环的感应淬火

　　我厂在2011年承接了Fe-2Ni-0.5C粉末冶金钢内花键齿环的感应淬火业务，技术要求为全齿淬火，有效硬化层深度1～3mm(从齿底算起) ，齿面硬度≥ 42HRC。该产品在试制过程中采用焊接刀具用的超音频电源，手工操作淬火。试制成功后为了满足批量生产的需要，采用专用的数控立式淬火机床感应淬火，结果发现，内花键处极易产生淬火裂纹。对内花键齿环开裂原因进行了分析，并对感应热处理工艺进行了进一步的试验研究，确定了新的淬火工艺参数，内花键齿环的热处理质量得到了有效控制。

　　Fe-2Ni-0.5C钢是一种多孔的粉末冶金材料，常用于制作齿轮、内齿环等承受磨损的零件[1]。该材料主要成分为Fe-Ni-Cu-Mo-C，相当于美国MPIF-35标准(金属粉末工业联合会标准)中的FN-0205，是采用铁钼合金粉、镍粉、石墨、铜以二次温压而成。加工工艺过程为: 粉末制取—加压成型—烧结—正火—粗磨—碳氮共渗、淬火或感应淬火—低温回火—精磨[3]。

　　这种材料孔隙较多，淬火加热时易过热，淬透性差，易氧化和腐蚀，所以一般应在保护性气氛中热处理，同时增加密度来提高热处理后的性能。Fe-2Ni-0.5C粉末冶金钢理论密度≥6.6g/cm³，基体硬度≥100HB，抗拉强度≥830MPa，断后伸长率>0.5%，弹性模量>155GPa。主要成分含量为Fe91.9%～98.7%，Ni1%～3% ，C0.3%～0.6%(质量分数)。因为如上所述该材料为粉末冶金钢，孔隙多，基体硬度测量值偏差较大，其平均基体硬度为112HB。内花键齿环用Fe-2Ni-0.5C粉末冶金钢采用直读光谱仪分析的化学成分列于表1。

　　1 内花键齿环淬火开裂原因

　　1.1 裂纹形式

　　在前期试制中，是采用焊接刀具用的超音频电源加热、手工浸油淬火工艺，内花键齿环未出现开裂。改用专用的数控淬火机床以后却发生了淬火开裂，开裂部位在齿底，个别零件齿根开裂，如图1所示。

　　1.2 开裂原因分析

　　试制及批量生产时内花键齿环的感应淬火工艺列于表2。

　　试制工艺的加热功率虽然较高，但是由于感应器与齿顶的间隙比较大，降低了加热效率，升温较慢，而且是手工转移工件到油槽中淬火，又降低了淬火温度，再加上油淬的冷速较小，淬火应力小，所以试制时虽然是人工控制，且内花键齿的有效淬硬层深度为上限，却没有产生淬火开裂现象。

　　批量生产工艺的加热功率虽然较低，但是加热效率高，升温较快，工件受热也不均匀，组织转变的不同时更为明显，而且加热后立即喷射 PAG 淬火剂，无预冷过程，所以淬火温度比较高，冷却速度也较大，从而导致内花键齿易淬裂。观察齿底裂口和齿根裂纹部位的显微组织发现，齿底裂口处有过热组织，齿根裂纹处的组织虽然无明显过热痕迹，但是该处角度较小，容易产生应力集中，快速加热、快速冷却时极易发生淬火开裂。