[发明专利]一种高温渗碳齿轮复合预备热处理工艺

说明书

本发明公开了一种高温渗碳齿轮复合预备热处理工艺，将加入微合金元素的齿轮钢加热至1200~1250℃进行奥氏体化，根据齿轮钢尺寸保温；将齿轮钢放入淬火介质中快速冷却至室温；将冷却后的齿轮钢及时加热到材料A_c3以上10～20℃并保温10～15min；以3.5～5℃/s的冷却速率将重新奥氏体化的齿轮钢冷却到600～700℃，再保温20～40min；将得到的齿轮钢出炉室温下空冷，然后进行机加工工序。本发明消除合金元素偏析，为机加工调整硬度，使第二相充分弥散析出，在高温渗碳保温时起阻碍晶粒长大作用；同时获得细小珠光体和铁素体平衡状态的组织，在后续高温渗碳淬火时提高奥氏体形核率并使其形核均匀，经本发明处理后再进行高温渗碳淬火的晶粒有效细化，无混晶现象。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种高温渗碳齿轮复合预备热处理工艺。

背景技术

传统渗碳齿轮钢的渗碳温度较低，渗碳时间较长，经济效益较低。为了缩短渗碳时间必须要提高渗碳的温度，但是高温状态下渗碳会造成晶粒在奥氏体化温度长时间保温下发生长大，粗大的晶粒使材料的强度、塑性和韧性降低。所以在渗碳钢原有材料（SCr420H等）基础上加入V、Nb、N、Ti、Al等微合金元素，这些微合金元素在钢中将以稳定的第二相形式析出，从而能起到阻碍晶粒长大的作用。但是这些第二相颗粒在钢或齿轮的热加工过程中同样容易发生溶解（或不完全溶解）、析出或长大现象，使得第二相颗粒不能大量细小弥散析出，进而导致齿轮在高温渗碳时其钉扎晶界阻碍晶粒长大的作用不能充分发挥。

传统的齿轮制造工艺为：锻造、等温正火、机加工、高温渗碳淬火等；其中，等温正火工艺的目的是消除元素偏析，并为机加工调整到合适的硬度，但是经过等温正火工艺后钢中的第二相颗粒长大，失去钉扎晶界的作用，再进行渗碳保温时，晶粒会粗大，甚至出现混晶现象。因此，针对等温正火工艺所带来的弊端，需要对其进行工艺上的改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决齿轮钢元素偏析的情况，和齿轮钢在高温渗碳时组织不均匀、晶粒易长大的问题，提供一种高温渗碳齿轮复合预备热处理工艺，进而消除元素偏析，并使钢中的第二相充分弥散析出并钉扎晶界，在高温渗碳保温时起到阻碍晶粒长大作用；其次还可以为机加工调整硬度，并获得珠光体和铁素体组织的平衡态组织，使得高温渗碳淬火后的组织均匀细小。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种高温渗碳齿轮复合预备热处理工艺，所述的复合预备热处理设于锻造工序和机加工工序之间，具体步骤为：

S1：将加入微合金元素的齿轮钢加热至1200~1250℃进行奥氏体化，根据齿轮钢尺寸保温，使微合金元素充分溶于齿轮钢形成的奥氏体中；

S2：将步骤S1处理后的齿轮钢放入淬火介质中快速冷却至室温；

S3：将步骤S2冷却后的齿轮钢及时加热到材料A_c3以上10～20℃并保温10～15min，使齿轮钢重新奥氏体化；

S4：以3.5～5℃/s的冷却速率将步骤S3重新奥氏体化的齿轮钢冷却到600～700℃，再保温20～40min，使齿轮钢中的微合金元素以第二相颗粒形式弥散析出，并获得珠光体和铁素体平衡态组织；

S5：将步骤S4处理得到的齿轮钢出炉室温下空冷，然后进行机加工工序。

为了优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的齿轮钢采用20MnCr5、18CrNiMo7-6和SCr420H中的任意一种。

上述的微合金元素包括铝、铌、钒、钛和氮。

上述步骤S1中，根据齿轮钢尺寸保温具体是指：保温时间与齿轮钢的有效壁厚比值为每毫米1.5~2min；其中，保温时间不小于30min。

上述步骤S3中，齿轮钢重新奥氏体化后内部形成细小晶粒。