由于市场竞争越来越激烈，对于产品质量的要求也越来越严格，客户对于等温件表面硬化层硬度梯度值非常重视。不仅要求表面硬度高，还要求硬度梯度平缓、硬度降很小，条件极其严苛。目前风电直推齿轮箱输出直推齿轮主要以小模数、中浅等温层直推齿轮为主，例如图1所示为某输出直推齿轮，具体参数见表1，技术要求见表2。需要特别注意的是，其有效硬化层深要求1.4～1.7mm，距渗层表面0.1～0.7mm区域内硬度值要求≥653HV（58HRC）。虽然这项要求可以提高疲劳强度、耐磨性等，进而提高产品质量与使用寿命，但是在热处理生产过程中却是较难达到的。
 
本次改进在原工艺基础上，一些关键参数作了改动，采用了两种工艺方案，并与原工艺在硬度梯度值方面进行对比，根据两种方案下的热处理质量，最终验证方案的可行性。
1.原工艺分析
原工艺见表3，由于碳势设置较高，奥氏体化保温时溶于奥氏体的碳较多，淬火后残留奥氏体较多，只能通过220℃回火来消除残留奥氏体，但同时也降低了试样表面0.1～0.7mm处硬度。原工艺下，试样硬度梯度曲线。
 
对于有效硬化层深度比较深（≥2.5mm）的产品，此工艺是可行的。因为深层深的产品，热处理后，其表面高碳区域较大，可能在距渗层表面0.7mm处碳含量仍有0.65％甚至0.7％以上，在此情况下220℃回火，0.7mm处仍有较高的硬度，达到653HV完全不成问题。
 
然而输出直推齿轮由于层深较浅，试样表面高碳区域较小，0.5～0.7mm位置碳浓度较低，可能不足0.5％。如果在这种情况下，仍用较高温度（220℃）回火，势必会硬度不到653HV。由图2中硬度梯度曲线可以验证这一点。
 
总的来说，表面硬化层的硬度主要由碳浓度、淬火冷却介质烈度保证，其次回火温度、残留奥氏体含量也对其有较大的影响。现在由于层深浅，0.7mm处碳浓度没法达到较高的值，只能通过较低的回火温度来保证该区域硬度。原工艺要采用较低的回火温度，必须解决表面较多残留奥氏体的问题。
 
2.方案改进
（1）方案一
第一种方案主要就是降低碳势，为消除淬火后残留奥氏体，然后180℃下回火可以使表面0.1～0.7mm处马氏体硬度不至于降低太多同时表面不会产生较多残留奥氏体而降低硬度；同时增加强扩比，优化表面碳浓度梯度，使淬火后有个较好的硬度梯度。因此，综合之下，其表面硬度及0.1～0.7mm处硬度均能保证。
 
（2）方案二
第二种方案在等温后加高回，碳化物及合金碳化物弥散析出，在淬火奥氏体化过程中不易溶于奥氏体，可以消除淬火后残留奥氏体，而后180℃回火既可保证表面无较多残留奥氏体，也可保证0.1～0.7mm处硬度回火后降低较少。
 
两种方案淬火前奥氏体化保温温度由830℃降为820℃，主要为抑制淬火后产生过多残留奥氏体。两种方案具体工艺参数见表4。
 
4.结语
总体来说，两种改进方案均很好地解决了较高的渗层硬度梯度值问题，并且在其它热处理质量方面均达标。
 
从硬度梯度曲线看，方案二要比方案一对于渗层硬度梯度值的改善更加有效，其653HV以上硬度区域约占总硬化层的56％。