重载齿轮承载大，受冲击力大，安全性要求高，使用时要求具有优良的耐磨性能，较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，同时具有较高的抗冲击和抗过载能力。重载齿轮常用20CrMnMo等低碳合金结构钢制造，需要通过渗碳淬火热处理来满足其使用性能要求。

　　齿轮最简单的渗碳热处理工艺是在渗碳后降温至淬火温度，经保温后直接淬火。采用此方法容易使材料晶粒粗大，脆性较大，工件组织应力大，只能承载强度较小的小模数齿轮。目前生产中20CrMoMn钢零件最常用的工艺是在渗碳后先炉冷到550℃出炉空冷，随后重新入炉加热淬火。由于渗碳后需炉冷到一定温度才能出炉，出炉温度越低对工件表面减少氧化脱碳越有利，而炉温越低，工件降温速度也就越慢；另一方面，由于工件进炉淬火加热时需经过一段建立炉气碳势的时间，才能确保淬火后工件的表面质量。因此目前这种热处理工艺耗费时间较长。

　　针对现行齿轮热处理工艺耗能高，生产周期长等问题，上海热处理厂通过技术创新，研发出新的渗碳淬火热处理工艺。该工艺将渗碳、等温及淬火结合在一起，不仅简化了工序，缩短了工艺时间，减低了生产能耗，而且能有效控制重载齿轮渗碳热处理的各项技术指标。

　　新工艺的技术要点如下：

　　（1）渗碳阶段。优化渗碳中强渗、扩散各阶段的碳势、时间等工艺参数，以较快的渗碳速度达到表面碳浓度、渗碳深度、渗层碳浓度梯度等质量指标。渗碳温度为900℃。

　　（2）渗碳炉冷阶段。随着炉温的缓慢降低，渗碳表层逐步析出少量细网渗碳体，冷至低于620℃时，作等温停留，此阶段发生奥氏体向珠光体转变，渗碳表面碳化物将发生部分球化作用，为后续淬火做好组织准备。等温阶段碳化物的球化效果主要取决于表层碳含量，如果表面碳浓度偏高，将会形成粗网或大块状碳化物，则球化效果差，因此必须把表面碳浓度控制在0.85%~1.00%，这是此渗碳复合热处理技术的控制要点之一。

　　（3）淬火加热阶段。此阶段的技术关键是将淬火加热过程分成两段:第一阶段加热温度840~860℃较高，有利于工件心部铁素体的转变。此时，珠光体转变成奥氏体，渗层部分碳化物溶入奥氏体，保证了淬火后马氏体的高硬度和强度，同时保留了适量的未溶碳化物。第二阶段较低的加热温度810~830℃是为了减少淬火应力，同时有利于表面获得高硬度。

　　（4）回火阶段。通过200~240℃的低温回火，使淬火马氏体转变为回火马氏体，同时使表面残留奥氏体分解为马氏体。为了使残留奥氏体转变充分，并有利于消除热处理应力，采用两次回火。

　　经过多年的实践证明，上述渗碳复合热处理新工艺节能减耗效果明显，可将原渗碳热处理的工艺周期缩短约20%，降低能耗至少10%，还减少了渗碳剂的消耗，有效降低热处理生产成本；而且工艺重复性较好，质量稳定性较高。