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一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法

阅读:366发布:2021-09-19

专利汇可以提供一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种实现组织细匀化的高性能 齿轮 热处理 方法,包括以下步骤:(1)锻后余热正火;(2)清洗;(3)机加工;(4)预 氧 化;(5)高温渗 碳 :将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式 渗碳 炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理,渗碳采用两段渗碳法,第一段为强渗阶段,第二段为扩散阶段;(6)预先正火;(7)再加热;(8)淬火;(9)回火;(10) 喷丸 。通过该方法获得的齿轮 工件 马 氏体和残余奥氏体等组织均得到细化,且晶粒尺寸分布更加均匀,明显提高齿轮的抗疲劳强度和冲击韧性。齿轮渗碳层表面分布大量弥散球化的碳化物,能显著增加齿轮表面 耐磨性 ;采用高渗碳 温度 ,能有效减少渗碳时间,降低能耗。,下面是一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法专利的具体信息内容。

1.一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)锻后余热正火:将热锻成形后的齿轮锻件进行余热正火处理;
(2)机加工:车外圆、内孔和端面,插键槽,去毛刺;
(3)清洗:清洗去除齿轮锻件表面的油脂污垢和化皮;
(4)预氧化:将清洗完的齿轮锻件推入连续式渗炉的预氧化炉室中进行预氧化处理;
(5)高温渗碳:将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理,渗碳采用两段渗碳法,第一段为强渗阶段,第二段为扩散阶段;
(6)预先正火:将完成渗碳处理的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的正火炉室中,通过炉室内环绕设置的扇对齿轮锻件进行预先正火处理;
(7)再加热:将预先正火后的带余热齿轮锻件推入连续式渗碳炉的再加热炉室中,重新再加热至815~835℃并保温2~3h;再加热的过程中,炉室内碳势控制在0.55±0.05%;
(8)淬火:将再加热保温后的齿轮锻件直接垂直浸入淬火油中,淬火油内设有搅拌器,使淬火油温度均匀,且淬火油的温度控制在60±5℃;
(9)回火:淬火后的齿轮在180~200℃的温度下保温2~3h进行回火,然后出炉风冷;
(10)喷丸:将渗碳热处理后的齿轮锻件进行表面喷丸处理。
2.根据权利要求1所述的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,步骤(1)中采用锻后余热正火,控制冷却速度在5℃/s~20℃/s范围内。
3.根据权利要求1所述的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,所述渗碳热处理过程在网带式连续渗碳炉中进行,其中预氧化、渗碳、预先正火、再加热处理分别在网带式连续渗碳炉不同的炉室中连续进行,齿轮锻件在不同炉室间转移时,与外界空气隔离。
4.根据权利要求1所述的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,步骤(4)中的预氧化处理加热温度范围为520~560℃,保温1h左右。
5.根据权利要求1所述的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,步骤(5)中的渗碳过程采用两段式高温渗碳工艺,强渗和扩散温度均为950~970℃,第一阶段强渗阶段的碳势控制在1.2~1.3%,强渗时间为4~5h;第二段扩散阶段的碳势控制在0.9~
1.0%,扩散时间为2~3h。
6.根据权利要求1所述的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,其特征在于,在步骤(6)中,将完成渗碳处理的齿轮锻件预先正火至Ar1以下50℃~100℃。

说明书全文

一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及齿轮热处理领域,更具体地说,涉及一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法。

背景技术

[0002] 高性能齿轮是机械基础零件,在大多数工业领域中都有着非常广泛的应用,其性能直接影响装备的使用寿命。在齿轮的啮合传动过程中,齿面啮合区需要承受很大的冲击载荷、循环载荷以及严重的摩擦磨损,因此要求齿轮具有良好的抗疲劳强度、冲击韧性以及耐磨性
[0003] 渗热处理是齿轮表面强化最主要的热处理方法之一,随渗碳温度的升高,碳在中扩散系数呈指数上升,但渗碳温度过高会引起晶粒的剧烈长大,因此现在的渗碳热处理方法中,渗碳温度通常为910~930℃。渗碳过程一般分为强渗和扩散两段式,之后缓冷至淬火温度后直接进入到淬火介质中,但这种常规渗碳热处理工艺存在如下不足:1、渗碳齿轮的次表层极易产生异常粗大组织,造成齿轮组织的不均匀性,从而显著降低齿轮的抗疲劳强度和冲击韧性;2、在直接淬火过程中,表面的大状高碳含量奥氏体极易在室温保留下来,从而极大地降低了齿轮表层耐磨性;3、渗碳温度偏低,从而导致渗碳时间过长,能耗较大。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于,提供一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,能够显著提高齿轮的组织细匀化,同时有效增强齿轮的抗疲劳强度、冲击韧性和耐磨性。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,按如下步骤进行:
[0006] (1)锻后余热正火:将热锻成形后的齿轮锻件进行余热正火处理。
[0007] (2)机加工:车外圆、内孔和端面,插键槽,去毛刺。
[0008] (3)清洗:清洗去除齿轮锻件表面的油脂污垢和化皮等有害杂质。
[0009] (4)预氧化:将清洗完的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的预氧化炉室中进行预氧化处理。
[0010] (5)高温渗碳:将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理,渗碳采用两段渗碳法,第一段为强渗阶段,第二段为扩散阶段。
[0011] (6)预先正火:将完成渗碳处理的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的正火炉室中,通过炉室内环绕设置的扇对齿轮锻件进行预先正火处理。
[0012] (7)再加热:将预先正火后的带余热齿轮锻件推入连续式渗碳炉的再加热炉室中,重新再加热至815~835℃并保温2~3h。再加热的过程中,炉室内碳势控制在0.55±0.05%。
[0013] (8)淬火:将再加热保温后的齿轮锻件直接垂直浸入淬火油中,淬火油内设有搅拌器,使淬火油温度均匀,且淬火油的温度控制在60±5℃。
[0014] (9)回火:淬火后的齿轮在180~200℃的温度下保温2~3h进行回火,然后出炉风冷。
[0015] (10)喷丸:将渗碳热处理后的齿轮锻件进行表面喷丸处理,喷丸处理的时间控制在30min左右。
[0016] 按上述技术方案,步骤(1)中采用锻后余热正火,根据齿轮锻件的尺寸,合理控制冷却速度在5℃/s~20℃/s范围内,使齿轮锻件组织初步细匀化,为随后渗碳热处理做好组织均匀化准备,并且保证齿轮锻件硬度合理适合后续机加工。
[0017] 按上述技术方案,所述渗碳热处理过程在网带式连续渗碳炉中进行,其中预氧化、渗碳、预先正火、再加热处理分别在网带式连续渗碳炉不同的炉室中连续进行,齿轮锻件在不同炉室间转移时,与外界空气隔离。
[0018] 按上述技术方案,步骤(4)中的预氧化处理加热温度范围为520~560℃,保温1h左右,实现齿轮锻件在渗碳过程中快速均匀升温,并保证组织的均匀性。
[0019] 按上述技术方案,步骤(5)中的渗碳过程采用两段式高温渗碳工艺,强渗和扩散温度均为950~970℃,第一阶段强渗阶段的碳势控制在1.2~1.3%,强渗时间为4~5h;第二段扩散阶段的碳势控制在0.9~1.0%,扩散时间为2~3h,高渗碳温度显著减少渗碳的耗时。
[0020] 按上述技术方案,在步骤(6)中,将完成渗碳处理的齿轮锻件预先正火至Ar1以下50℃~100℃,在风冷过程中,齿轮锻件基体组织内析出大量弥散细小的渗碳体颗粒,并在之后的再加热过程中保留下来,对基体产生强烈的钉扎作用,从而显著细化均匀组织。
[0021] 实施本发明的实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法,具有以下有益效果:
[0022] 1、通过锻后余热正火工艺,使齿轮锻件在渗碳热处理之前就做好组织均匀化准备;
[0023] 2、在渗碳之前采用预氧化处理,在齿轮锻件表面形成一层氧化物,提高齿轮锻件的比辐射率,使工件单位时间内接受更多的能量辐射,升温更快,减少渗碳炉室的积碳,此外因为预热均温的作用,齿轮锻件表面渗碳层更加均匀
[0024] 3、采用高渗碳温度,有效缩短了渗碳时间,降低了能耗;
[0025] 4、渗碳完成后预先正火处理,齿轮锻件基体组织内析出大量弥散细小的球状碳化物,并在之后的再加热过程中保留下来,并在基体中产生强烈地钉扎作用,从而大大地细化均匀组织;此外,预先正火并没有冷却到室温,大大减少工艺周期,并减少能耗;
[0026] 5、淬火过程中,淬火油内设置搅拌器,淬火油温均匀,从而进一步促进了齿轮淬火过程中的组织均匀性。
[0027] 6、本发明通过渗碳热处理方法直接实现了齿轮组织的细匀化,并显著提高齿轮的抗疲劳强度、冲击韧性和耐磨性,具有提高生产效率、降低生产能耗以及提高产品质量的有益作用。通过本发明方法获得的齿轮工件氏体和残余奥氏体等组织均得到细化,且晶粒尺寸分布更加均匀,明显提高齿轮的抗疲劳强度和冲击韧性;齿轮渗碳层表面分布大量弥散球化的碳化物,能显著增加齿轮表面耐磨性;采用高渗碳温度,能有效减少渗碳时间,降低能耗。附图说明
[0028] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0029] 图1是本发明实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法的工艺流程图

具体实施方式

[0030] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0031] 如图1所示,以20CrMnTiH材质某型号齿轮为例,锻件采用热锻成形工艺,其组织细匀化热处理方法按如下步骤实现:
[0032] (1)锻后余热正火:热锻成形后的齿轮锻件进行余热正火处理,根据齿轮锻件的尺寸,合理控制冷却速度在5℃/s~20℃/s范围内。
[0033] (2)机加工:车外圆、内孔和端面,插键槽,去毛刺。
[0034] (3)清洗:清洗去除齿轮锻件表面的油脂污垢和氧化皮等有害杂质。
[0035] (4)预氧化:将清洗完的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的预氧化炉室中,在530±5℃预氧化处理1h左右。
[0036] (5)高温渗碳:将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理,渗碳采用两段渗碳法,渗碳温度均为950±5℃;第一段强渗阶段的碳势控制在1.2±0.05%,强渗时间为5h;第二段扩散阶段的碳势控制在0.9±0.05%,扩散时间为3h。
[0037] (6)预先正火:将完成渗碳处理的齿轮锻件风冷至600℃左右(Ar1约为690℃)。
[0038] (7)再加热:将预先正火后的带余热齿轮锻件推入连续式渗碳炉的再加热炉室中,重新再加热至815~835℃并保温2~3h。再加热的过程中,炉室内碳势控制在0.55±0.05%。
[0039] (8)淬火:将再加热保温后的齿轮锻件直接垂直浸入淬火油中,淬火油内设有搅拌器,使淬火油温度均匀,且淬火油的温度控制在60±5℃。
[0040] (9)回火:淬火后的齿轮在180±5℃的温度下保温2h进行回火,然后出炉风冷。
[0041] (10)喷丸:将渗碳热处理后的齿轮锻件进行表面喷丸处理,喷丸处理的时间控制在30min左右。
[0042] 表1
[0043]
[0044] 将上述两个实施例热处理得到的齿轮组织细匀化效果与常规渗碳热处理工艺进行比较,结果如表1所示:相较于常规渗碳热处理工艺,本发明方法获得的齿轮不同区域的马氏体组织以及平均晶粒尺寸更加细小均匀,而且渗碳层的弥散碳化物含量更大,这些组织特性将会显著提高齿轮的抗疲劳强度、冲击韧性和耐磨性;此外,本发明方法在更短的工艺时间内,齿轮的渗碳层能够达到更大的厚度。
[0045] 上述实例说明,采用本发明方法能够显著促进了齿轮组织的细匀化,并且提高了渗碳热处理的生产效率。
[0046] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
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