齒輪最簡(jiǎn)單的滲碳熱處理工藝是在滲碳后降溫至淬火溫度，經(jīng)保溫后直接淬火。采用此方法容易使材料晶粒粗大，脆性較大，工件組織應(yīng)力大，只能承載強(qiáng)度較小的小模數(shù)齒輪。目前生產(chǎn)中20CrMoMn鋼零件最常用的工藝是在滲碳后先爐冷到550℃出爐空冷，隨后重新入爐加熱淬火。由于滲碳后需爐冷到一定溫度才能出爐，出爐溫度越低對(duì)工件表面減少氧化脫碳越有利，而爐溫越低，工件降溫速度也就越慢；另一方面，由于工件進(jìn)爐淬火加熱時(shí)需經(jīng)過一段建立爐氣碳勢(shì)的時(shí)間，才能確保淬火后工件的表面質(zhì)量。因此目前這種熱處理工藝耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。
針對(duì)現(xiàn)行齒輪熱處理工藝耗能高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問題，上海熱處理廠通過技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出新的滲碳淬火熱處理工藝。該工藝將滲碳、等溫及淬火結(jié)合在一起，不僅簡(jiǎn)化了工序，縮短了工藝時(shí)間，減低了生產(chǎn)能耗，而且能有效控制重載齒輪滲碳熱處理的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。
新工藝的技術(shù)要點(diǎn)如下：
（1）滲碳階段。優(yōu)化滲碳中強(qiáng)滲、擴(kuò)散各階段的碳勢(shì)、時(shí)間等工藝參數(shù)，以較快的滲碳速度達(dá)到表面碳濃度、滲碳深度、滲層碳濃度梯度等質(zhì)量指標(biāo)。滲碳溫度為900℃。
（2）滲碳爐冷階段。隨著爐溫的緩慢降低，滲碳表層逐步析出少量細(xì)網(wǎng)滲碳體，冷至低于620℃時(shí)，作等溫停留，此階段發(fā)生奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，滲碳表面碳化物將發(fā)生部分球化作用，為后續(xù)淬火做好組織準(zhǔn)備。等溫階段碳化物的球化效果主要取決于表層碳含量，如果表面碳濃度偏高，將會(huì)形成粗網(wǎng)或大塊狀碳化物，則球化效果差，因此必須把表面碳濃度控制在0.85%~1.00%，這是此滲碳復(fù)合熱處理技術(shù)的控制要點(diǎn)之一。
（3）淬火加熱階段。此階段的技術(shù)關(guān)鍵是將淬火加熱過程分成兩段:第一階段加熱溫度840~860℃較高，有利于工件心部鐵素體的轉(zhuǎn)變。此時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，滲層部分碳化物溶入奧氏體，保證了淬火后馬氏體的高硬度和強(qiáng)度，同時(shí)保留了適量的未溶碳化物。第二階段較低的加熱溫度810~830℃是為了減少淬火應(yīng)力，同時(shí)有利于表面獲得高硬度。
（4）回火階段。通過200~240℃的低溫回火，使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，同時(shí)使表面殘留奧氏體分解為馬氏體。為了使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變充分，并有利于消除熱處理應(yīng)力，采用兩次回火。
經(jīng)過多年的實(shí)踐證明，上述滲碳復(fù)合熱處理新工藝節(jié)能減耗效果明顯，可將原滲碳熱處理的工藝周期縮短約20%，降低能耗至少10%，還減少了滲碳劑的消耗，有效降低熱處理生產(chǎn)成本；而且工藝重復(fù)性較好，質(zhì)量穩(wěn)定性較高。