17CrNiMo6钢齿轮渗碳缓冷裂纹分析及防止措施 
 摘要：针对17CrNiMo6钢齿轮缓冷出现裂纹问题，分析了产生裂纹的原因，并提出了预防措施。 
1 前言 
     1997年，某厂在为马钢棒材轧机配套生产初、中轧机减速机过程中，材质为17CrNiMo6钢的齿轮在渗碳处理缓
冷后产生裂纹，为了找出裂纹发生的原因，我们在中科院专家的指导和帮助下进行了分析探讨。
2 产生缓冷裂纹的原因 
      产生裂纹的原因主要是渗层在冷却过程中产生不均匀相变造成的。渗层中存在大块渗碳体和连续的网状碳化物
，渗层的金相组织为三层，最外层为下贝氏体和网状碳化物；中层为淬火马氏体、下贝氏体和网状碳化物；第三
层为下贝氏体加铁素体，由表及里的硬度检查见下表。 
检查部位 渗碳层 母材 
外表层 中间层 过渡层 
硬度（HL） 420.433.458 513.501.479 492.479.414 318.337.307  
相变受下述因素影响： 
    2.1 温度的影响
  由于碳在铁素体中的溶解度较小（最高约为0.025%），而在奥氏体状态下，渗碳温度越高，碳在其中的扩散系
数越大，既渗碳速度越大。但温度不宜过高，否则渗碳设备使用寿命显著下降或损坏，而且温度过高时间过长会
造成渗层组织粗大，碳化物级别超差等缺陷。通常生产实际中采用900℃、930℃渗碳。 
   2.2 碳浓度的影响
  缓冷裂纹与渗碳时的碳势有关。
  在渗碳初期，由于工件表面穷碳，接受活性碳原子的能力很强，渗碳速度较快，此时炉内碳势较低，需要向炉
内通过大量的渗剂，以维持炉内的碳势，具体还与装炉量有关，此时如果不能及时补充渗剂，可能造成渗碳时间
过长，碳浓度分布曲线下凹等缺陷，但也不能过强，否则可能出现大量网状碳化物而无法消除。
  当工件表面含碳量不断升高，碳势不断建立的情况下，应逐步减少渗剂的加入，渗碳进入扩散阶段，如果此时
仍保持大剂量的渗剂，就要形成表面网状碳化物，使渗层的强度下降，脆性增加，尤其是抗拉强度的下降，对防
止出现缓冷裂纹相当不利。
    2.3 渗碳时间的影响
  当渗碳温度、碳势确定以后，渗碳时间主要取决于有效硬化层深度，渗碳时间越长，硬化层越深，反之越浅。
对于17NiCrMo6钢硬化层在10-15μm的工件，如果扩散期控制不好，时间过短，有可能造成渗层碳浓度分布曲线
过陡，在以后的缓冷过程中，形成缓冷裂纹。 
    2.4 缓冷速度的影响
  缓冷一般是在冷却井中进行的，其冷却速度应比空冷更加缓慢，以便尽可能得到较平衡的组织。如果由于某种
原因，使缓冷速度相当于空冷速度，结果就要出现缓冷裂纹。分析结果也表明，当渗碳层表面的含碳量达到共析
成分以上时，渗层的淬透性不完全相同，在特定的缓冷速度下，发生不均匀相变，中间层的马氏体比容较大，使
表面受拉应力，由于表层有恶化，承受不了大的拉力而开裂。
3 防止缓冷裂纹措施 
通过上述分析可知，产生缓冷裂纹的条件一是渗层中存在着大量的块状及网状碳化物，使之性能恶化；二是渗
层中发生不均匀相变。预防措施是：首先要避免渗层中产生大量网状碳化物。对于17CrNiMo6这种含Cr、Mo强碳
化物形成元素的钢，渗碳时碳势不能过高，尤其是到了扩散期，一定要把碳势降到0.9%C左右，并保持一定的时
间，防止产生碳化物。另外，要避免中间层产生马氏体。缓冷效果比较好时，一般组织比较平衡，没有不均匀相
变，但由于冷却井内比较潮湿，水分较大，使冷却速度提高而产生裂纹。如果冬天环境温度比较低，工件装炉量
少，虽然是在冷却井中，冷却速度仍很快，也容易产生缓冷裂纹。