[发明专利]一种重载齿轮渗碳－等温－淬火新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属热处理工艺，尤其涉及一种齿轮热处理工艺。

背景技术

齿轮是一种广泛应用的机械传动零件，在机械装备中齿轮起着传递动力、改变转速和旋转方向的重要作用。一般按齿轮的传动形式将其分为三类：圆柱齿轮用于平行两轴之间的传动；锥齿轮用于相交两轴之间的传动；蜗轮与蜗杆用于交叉两轴之间的传动。与依靠摩擦力传递动力的带传动、通过链条与链轮齿啮合传递运动的链传动相比，齿轮传动具有结构简单、传动比相对固定、传动比精准、传递负荷大等优点。

硬齿面齿轮主要用低碳合金结构钢渗碳淬硬的方法制造，也可以选用中碳合金结构钢经调质处理后进行表面淬火（感应淬火、火焰淬火、激光淬火等）或氮化处理。对于有高强韧性能要求、运行在振动环境的重载齿轮，主要采用渗碳－淬硬的方法。重载齿轮的渗碳－淬火是一项质量要求高，工艺流程烦锁、工艺装备要求严格、能源消耗高的工艺。

目前，齿轮渗碳后的冷却和淬硬的工艺方法有若干种，其中以唐殿福、卯石刚主编的《钢的化学热处理》（辽宁科学技术出版社2009年3月出版）归纳得最全面，共列出渗碳后的冷却和淬硬的工艺方法20种（含感应淬火）。

一、现有的各种渗碳后的热处理工艺方法

1 、八种渗碳后（淬火前）的冷却方法

1.1 渗碳后直接淬火。适用于20CrMnTi等类型的本质细晶粒钢，在渗碳后，预冷至淬火温度直接淬火；

1.2 渗碳后直接出炉空冷；

1.3 渗碳后进入缓冷坑中缓慢冷却至室温；

1.4 渗碳后在通水冷却的冷却井内冷却，降温速度快于第1.3方法；

1.5 渗碳后在渗碳炉中随炉缓慢冷却；

1.6 渗碳后工件在渗碳炉中随炉降温至660℃等温停留，再随炉降温至260℃出炉空冷；

1.7 适用于20Cr2Ni4等钢固体渗碳，渗碳后工件随罐冷却，在500℃左右开罐空冷，需及时回火，防止工件表面开裂；

1.8 适用于盐浴渗碳，工件渗碳后随盐浴降温至700℃左右，再出炉空冷。

2、常用的十二种渗碳后的热处理方法，见下表1。

表1：

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重载齿轮渗碳由于渗层较深，渗碳时间较长，对渗碳后有效硬化层和心部组织以及畸变控制有严格要求。目前重载齿轮常采用工艺为：渗碳－降温－出炉空冷（实现第一次相转变）－高温回火，使碳化物球化并细化晶粒。然后再重新冷装炉升温（实现第二次相转变）－淬火（实现第三次相转变）。该工艺存在着过程长，能源消耗高，齿轮表面氧化、脱碳，畸变量较大、重载齿轮热态出炉操作困难，劳动强度大、生产率低等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种更加合理的重载齿轮渗碳－等温－淬火新工艺，在确保产品渗碳淬火质量的前提下，降低能源消耗、缩短热处理工艺流程、提高劳动生产率的效率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种重载齿轮渗碳－等温－淬火新工艺，其工艺步骤包括：

a、渗碳处理后，降温至Ar1以下温区（600-650℃），等温一段时间待工件均温；

b、转而升温至淬火温度，按工艺要求保温一段时间后淬火；

c、低温回火。

其中，Ar1为钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度。

本发明在齿轮渗碳阶段完成后，随炉降温至Ar1以下某一温度作等温停留（实现第一次相转变），待齿轮在此温度均温，直接升温至淬火温度（实现第二次相转变），进行淬火处理（实现第三次相转变）。生产实践证明，本工艺方法，在确保产品渗碳淬火质量的前提下，显著降低能源消耗、减少齿轮氧化脱碳、减小畸变量、缩短热处理工艺流程、提高劳动生产率的效率。

本工艺方法的特点：

1、渗碳后工件不出炉，避免了因出炉导致的工件氧化、脱碳和畸变程度。

2、渗碳后降温至Ar1以下某一温区等温（如600～650℃），使高温奥氏体转变为珠光体＋铁素体＋少量碳化物，完成了一次相转变，调整因长时间高温渗碳过程中晶粒的长大，为淬火作好组织准备。

3、工件等温状态的“蓄热”使随后升温至淬火温度得以较快速进行，显著降低了不必要的能源消耗。

4、热处理工艺操作大为简化，减少了进出炉次数，降低了高温进出炉的劳动强度，提高了大型渗碳炉的利用率。