Impact of various boost/diffusion segments on the microstructure and hardness profiles of the vacuum carburized layers in gears application

Mainly transmission gears from automotive and aerospace industry that bears the load are subjected to carburizing to improve the case hardness, wear and fatigue resistance. Vacuum carburizing or also known as low pressure carburizing is being preferred over conventional gas carburizing as it results in oxides free uniform carburized layers, no formation of soot and lower distortion of the metal. The carburizing time in case of vacuum carburizing is made up of several boost/diffusion segments. Duration and arrangement of the boost/diffusion segments can alter the surface carbon concentration, carbon distribution in the solid-state of the steel, carbon & hardness profiles. In this work, two different variants of boost/diffusion segments are designed using SimVac Plus simulating tool in order to obtain the same carbon and hardness profiles as in the case of standard boost/diffusion arrangement that is currently being used at the Hart-Tech Co. Ltd. Samples from a bevel gear made of 16MnCr5 steel are subjected to three vacuum carburizing process consisting of two designed and one standard boost/diffusion segments. Microstructure of the samples subjected to various carburizing processes are investigated by Optical microscopy, XRD and SEM. Uneven distribution of carbon and higher amount of retained austenite are observed in case of sample subjected to one of the designed boost/diffusion processes which consists of the shortest diffusion time segments.

Principalmente gli ingranaggi di trasmissione dell'industria automobilistica e aerospaziale che sopportano il carico sono sottoposti a carburazione per migliorare la durezza della cassa, l'usura e la resistenza alla fatica. La carburazione sottovuoto o anche nota come carburazione a bassa pressione è preferita rispetto alla carburazione a gas convenzionale poiché si traduce in strati carburato uniformi privi di ossidi, nessuna formazione di fuliggine e minore distorsione del metallo. Il tempo di carburazione in caso di carburazione sottovuoto è costituito da più segmenti di boost/diffusione. La durata e la disposizione dei segmenti boost/diffusione possono alterare la concentrazione di carbonio superficiale, la distribuzione del carbonio allo stato solido dell'acciaio, i profili di carbonio e durezza. In questo lavoro, vengono progettate due diverse varianti di segmenti boost/diffusione utilizzando lo strumento di simulazione SimVac Plus al fine di ottenere gli stessi profili di carbonio e durezza come nel caso della disposizione standard boost/diffusione attualmente in uso presso l'Hart-Tech Co. . Ltd. I campioni di un ingranaggio conico in acciaio 16MnCr5 sono sottoposti a tre processi di carburazione sottovuoto costituiti da due segmenti progettati e uno standard boost/diffusione. La microstruttura dei campioni sottoposti a vari processi di carburazione viene studiata mediante microscopia ottica, XRD e SEM. Una distribuzione non uniforme del carbonio e una maggiore quantità di austenite trattenuta si osservano nel caso del campione sottoposto a uno dei processi di boost/diffusione progettati che consiste nei segmenti di tempo di diffusione più brevi.