[发明专利]一种减少薄壁齿轮热处理变形的亚温渗碳热处理方法

说明书

本发明涉及一种减少薄壁齿轮热处理变形的亚温渗碳热处理方法，包括如下步骤：S1、预先亚温正火；S2、慢速喷丸；S3、亚温渗碳：采用梯度加热至亚温渗碳温度，亚温渗碳过程采用两段渗碳法，第一段为强渗阶段，第二段为扩散阶段；S4、梯度缓冷淬火：先将完成渗碳处理的薄壁齿轮锻件梯度缓冷至840～860℃，并保温1h左右；然后继续缓冷至815～825℃，并保温1h左右，期间炉内碳势控制在0.5±0.05％，之后在聚乙烯醇溶液中淬火；S5、低温回火。本发明能大幅度减少齿轮工件的变形程度，显著提高生产合格率，同时又能有效细化晶粒，提高齿轮的硬度、强度，显著提高齿轮的使用寿命，此外细化的晶粒能显著提高渗碳的速度，降低工艺时间，减少能耗。

技术领域

本发明涉及热处理领域，更具体地说，涉及一种减少薄壁齿轮热处理变形的亚温渗碳热处理方法。

背景技术

高性能薄壁齿轮是机械中常见的传动零件，在船舶和航天飞机等领域有着广泛的应用。由于其工作环境复杂，长期承受较大的接触应力、交变载荷和冲击载荷，因此高性能薄壁齿轮的精度和性能要求非常高。目前高性能薄壁齿轮多采用普通气体渗碳后直接淬火或者渗碳二次淬火的热处理方式，以满足薄壁齿轮表面的高硬度与高耐磨性。但由于薄壁齿轮各部位的厚度差别大，因此对热应力和组织应力非常敏感，在现有的传统渗碳热处理工艺中，剧烈的温度变化和薄壁齿轮表面含碳量的不均匀性都会引起薄壁齿轮明显的变形，从而降低薄壁齿轮的承载能力和使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种减少薄壁齿轮热处理变形的亚温渗碳热处理方法，在满足薄壁齿轮表面高硬度与高耐磨性的同时，还能够解决现有的薄壁齿轮热处理变形较大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种减少薄壁齿轮热处理变形的亚温渗碳热处理方法，包括如下步骤：

S1、预先亚温正火：将薄壁齿轮锻件进行梯度加热至亚温正火温度并保温一段时间后，出炉风冷至室温。根据薄壁齿轮锻件尺寸，合理控制风冷冷却速度。

S2、慢速喷丸：将预先亚温正火处理后的薄壁齿轮锻件进行慢速喷丸处理，有效去除薄壁齿轮锻件表面氧化皮并使薄壁齿轮锻件表面覆盖一层均匀的应变层。弹丸选取软材质，并根据齿轮锻件的尺寸，合理控制弹丸的喷射速度。

S3、亚温渗碳：采用梯度加热至亚温渗碳温度，亚温渗碳过程采用两段渗碳法，第一段为强渗阶段，第二段为扩散阶段，碳势通过调节渗碳剂流量来控制。

S4、梯度缓冷淬火：先将完成渗碳处理的薄壁齿轮锻件梯度缓冷至840～860℃，并保温1h；然后继续缓冷至815～825℃，并保温1h，期间炉内碳势控制在0.5±0.05％，之后在聚乙烯醇溶液中淬火，淬火液中设有搅拌器，保证淬火液温度的均匀性。

S5、低温回火：将薄壁齿轮锻件放在回火炉中加热至180～200℃进行低温回火，保温时间为2～3h，然后出炉空冷至室温。

按上述技术方案，步骤S1和步骤S3中的加热过程全部采用梯度加热方式，首先将薄壁齿轮锻件加热至550℃保温0.5h后，再直接加热至最终温度，减少齿轮锻件在较大温度变化中的热应力变形。

按上述技术方案，步骤S1采用预先亚温正火处理，将薄壁齿轮锻件在860～880℃保温2～3h后空冷，根据齿轮锻件尺寸控制冷却速度在5℃/s～10℃/s，通过预先均匀细化薄壁齿轮锻件组织来提高渗碳速度并均匀渗碳层表面组织，此外采用较低的正火温度控制齿轮锻件的变形。

按上述技术方案，步骤S2的慢速喷丸处理中，为了减小齿轮锻件变形，弹丸材料选用铸钢丸，弹丸尺寸为0.4～0.5mm，并合理控制弹丸喷射速度，有效去除薄壁齿轮锻件表面氧化皮并使薄壁齿轮锻件表面覆盖一层均匀的应变层。