18CrNiMo7-6 渗碳后 150~200℃ 回火：磨削裂纹怎么查

18CrNiMo7-6 是 EN 10084 体系的表面硬化结构钢，钢号 1.6587，碳 0.15%~0.21%、铬 1.50%~1.80%、镍 1.40%~1.70%、钼 0.25%~0.35%、锰 0.50%~0.90%，密度约 7.85 g/cm³。锻造窗口 1150℃ 到 850℃，常用工艺是渗碳后淬火加 150~200℃ 低温回火。

渗碳层与心部分工

渗碳把表面碳提到 0.7%~1.0%，淬火后表层得到高碳马氏体加碳化物，耐磨；心部靠 1.5% 铬与 1.4% 镍保证淬透，硬度在 30~40 HRC，提供韧性。表层与心部之间是过渡区，碳浓度与硬度都在这段过渡，过渡太陡，层间应力集中，疲劳裂纹从这里起。渗碳层深度按齿轮模数定，一般取模数的 0.15~0.25 倍。

150~200℃ 回火只做一件事

低温回火的目的不是提高韧性，而是把淬火马氏体里的残余应力降下来、让残余奥氏体部分转变，同时避免表层硬度下降。温度超过 200℃，表层回火马氏体开始软化，耐磨性掉；温度过低，应力释放不足，磨削时叠加磨削热，裂纹就容易出。回火时间按截面厚度给，厚件要延长，回火后空冷即可。

磨削裂纹的三个源头

磨削热排在首位：砂轮钝、切深大、冷却不足，表层瞬间温度超过回火温度，形成回火软化层，软化层与硬层之间产生拉应力，裂纹垂直于磨削方向。其次是残余奥氏体：渗碳层里的残余奥氏体在磨削应力下转变为马氏体，体积膨胀，表面鼓起开裂。还有一条是回火不足：心部与表层的应力没有充分释放，磨削只是把最后的余量去掉，裂纹在磨后几天才出现。

残余奥氏体怎么控

控制残余奥氏体的手段有三个：提高回火温度、延长回火时间、做冷处理。冷处理在淬火后立即进行，温度取 −60℃ 到 −80℃，把残余奥氏体转成马氏体，再回火；冷处理要在淬火后尽快做，停留时间长了奥氏体稳定化，再冷也不转。冷处理之后必须回火，否则残余应力更高。

预备热处理：正火与退火只差 30℃

预备正火取 860~890℃，预备退火取 830~850℃ 炉冷，两个温度只差 30℃，作用完全不同：正火得到均匀的珠光体加铁素体，切削性好、晶粒细，渗碳后的变形小；退火得到球化组织，硬度低、切削性更好，但晶粒容易粗，渗碳时变形大。齿坯的预备热处理选哪一条，要看后续的变形要求与切削余量。

心部硬度与淬透性

镍 1.40%~1.70% 与钼 0.25%~0.35% 的组合保证了大截面的淬透，直径 60 mm 以上的齿坯也能淬到心部 30 HRC 以上。心部硬度过低，渗碳层在载荷下得不到支撑，层下疲劳裂纹提前萌生；心部硬度过高，冲击韧性差，齿根在过载时脆断。技术条件里把心部硬度区间写清，比只写表面硬度有用。心部硬度按 GB/T 230.1 在齿宽中部截面上测，表层硬度按 GB/T 4340.1 用维氏小负荷测，避开脱碳层；渗碳层深度用显微硬度法在随炉试块上量，测到 550 HV 处的距离作为有效层深。

渗碳层的碳浓度梯度

表层碳浓度控制在 0.7%~1.0%，过高会形成网状碳化物，淬火后表层脆、磨削时崩边；过低则耐磨不足。碳浓度从表面到心部按梯度下降，梯度太陡，过渡区的硬度落差大，接触疲劳时层下先起裂纹。渗碳气氛的碳势、温度与时间三者共同决定梯度，试块随炉，层深与碳浓度用剥层法或显微硬度法测，别只看总层深一个数。

材料口径按 EN 10084 与 GB/T 5216 两条线对照：EN 10084 给的是牌号与成分范围，GB/T 5216 给的是保证淬透性带，两套体系的验收条款不完全一致，合同里要指明按哪一套判。淬透性按 GB/T 225 的端淬试验做， hardness 带落在 HH 还是 HL，直接决定大截面的心部硬度。其余条款按订货技术条件执行。