CN101333663B - 一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺，齿轮经过特殊的预先热处理和氮化热处理后，其公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。与现有技术相比，本发明减小了齿轮在热处理过程中的变形，省去传统方法热处理后，由于变形过大而对齿轮零件的精加工，简化了工艺步骤，节约了生产成本，同时不会因为精加工而降低氮化处理后齿轮的表面硬度、疲劳强度和耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法，属于机械零件氮化热处理技术领域。
背景技术
齿轮为机器的基础零件，对表面硬度和耐磨性的要求较高，绝大多数氮化钢材料的齿轮都要通过氮化热处理来提高齿面的抗疲劳强度和耐磨性能。但是齿轮在氮化热处理中的变形却是不可以避免的，因为零件内都有加工应力的存在，在氮化温度下应力释放就会产生变形。如果由于氮化热处理产生的变形过大而达不到精度要求，通常采用的办法是在热处理后增加精加工工序---磨齿或珩齿来修正热处理带来的变形，但不管增加哪种精加工工序，都破坏了齿轮表面的硬化层，从而减低了齿轮表面的抗疲劳强度和耐磨性能。而且还有相当一部分氮化齿轮是没有加工方法和手段对其进行热处理后的精加工。
齿轮的公法线、齿形、齿向是作为评定齿轮在热处理前后变形的几个重要指标。传统的齿轮氮化工艺，无论是气体渗氮还是离子氮化，氮化热处理对高精度齿轮(4-5级齿轮)公法线变形的影响都是在0.015～0.02mm以上、而齿形、齿向等指标均几乎要降低一个精度等级。因此现有的齿轮氮化工艺还是不能满足使用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺，以减小齿轮在氮化热处理后各项精度指标的变形量，从而达到在氮化热处理后不再对齿轮进行精加工并能保证对齿轮精度的要求，以及保持齿轮被氮化热处理后的表面抗疲劳强度和耐磨性能的目的。
本发明是这样实现的：一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法，在进行齿轮的氮化热处理工艺前，先对齿轮进行预先热处理，然后再对齿轮进行氮化热处理，所述的齿轮预先热处理包含以下步骤：
(1)在炉温小于150℃时齿轮入炉；
(2)以小于80℃/小时的速度缓慢升温至530±20℃，齿轮在530±20℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在530℃±20℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温小于200℃时出炉自然冷却；
所述的齿轮氮化热处理，其工艺步骤如下：
1)在炉温低于150℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以30±10℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至480～490℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以小于50℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
优选地，上述的减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法，齿轮预先热处理采用如下的步骤和工艺参数：
(1)在炉温小于150℃时齿轮入炉；
(2)以50℃/小时的速度缓慢升温至530℃，齿轮在530℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在530℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温小于200℃时出炉自然冷却；
所述的齿轮氮化热处理，其工艺步骤如下：
1)在炉温低于150℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以30℃/小时的速度升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至485℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以小于50℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
前述的技术方案中，氮化前进行预先热处理是为了减小齿轮内的加工应力，为减小齿轮在氮化热处理过程中的变形创造条件。在齿轮的氮化工序中采用了一段低温氮化过程：齿轮在低于150℃入炉开始氮化，炉温以30±10℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时。氮化热处理过程中采用的这样一段特殊的低温氮化热处理可使齿轮的变形极小。经过以上特殊的预先热处理和氮化热处理，齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的技术方案操作简便，氮化热处理后齿轮的变形小。经本工艺处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
(2)简化了工艺步骤，节约生产成本。经传统的常规氮化处理工艺处理后的齿轮变形大，为了满足需求，通常需要在热处理后增加精加工工序，而经本工艺处理后的齿轮无需进行精加工就能满足齿轮精度的要求。
(3)不会降低氮化处理后齿轮的表面硬度、抗疲劳强度和耐磨性能。由于在氮化热处理中存在齿轮的变形，传统的处理方法是在氮化处理后对齿轮进行精加工来满足齿轮的精度要求，但不管增加哪种精加工工序，都会破坏齿轮表面的硬化层，从而减低了齿轮表面硬度、抗疲劳强度和耐磨性能。经本工艺处理后的齿轮无需精加工，所以完好的保存了齿轮表面的硬化层。
具体实施方式
实施例1：齿轮经特殊的预先热处理和氮化热处理来减小热处理中的变形。其中，预先热处理的步骤及工艺条件为：
(1)在炉温小于100℃时齿轮入炉；
(2)以50℃/小时的速度缓慢升温至530℃，齿轮在530℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在530℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温100℃时出炉自然冷却；
氮化热处理的步骤及工艺条件为：
1)在炉温100℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以30℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至485℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以30℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
经上述步骤处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
实施例2：齿轮经特殊的预先热处理和氮化热处理来减小热处理中的变形。其中，预先热处理的步骤及工艺条件为：
(1)在炉温145℃时齿轮入炉；
(2)以79℃/小时的速度缓慢升温至550℃，齿轮在550℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在550℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温199℃时出炉自然冷却；
氮化热处理的步骤及工艺条件为：
1)在炉温80℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以25℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至482℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以25℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
经上述步骤处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
实施例3：齿轮经特殊的预先热处理和氮化热处理来减小热处理中的变形。其中，预先热处理的步骤及工艺条件为：
(1)在炉温50℃时齿轮入炉；
(2)以20℃/小时的速度缓慢升温至510℃，齿轮在510℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在510℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温50℃时出炉自然冷却；
氮化热处理的步骤及工艺条件为：
1)在炉温120℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以35℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至488℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以40℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
经上述步骤处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
实施例4：齿轮经特殊的预先热处理和氮化热处理来减小热处理中的变形。其中，预先热处理的步骤及工艺条件为：
(1)在炉温120℃时齿轮入炉；
(2)以70℃/小时的速度缓慢升温至540℃，齿轮在540℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在540℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温150℃时出炉自然冷却；
氮化热处理的步骤及工艺条件为：
1)在炉温50℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以20℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至480℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以20℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
经上述步骤处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
实施例5：齿轮经特殊的预先热处理和氮化热处理来减小热处理中的变形。其中，预先热处理的步骤及工艺条件为：
(1)在炉温80℃时齿轮入炉；
(2)以小于40℃/小时的速度缓慢升温至520℃，齿轮在520℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在520℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温80℃时出炉自然冷却；
氮化热处理的步骤及工艺条件为：
1)在炉温149℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以40℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至490℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以45℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
经上述步骤处理后的齿轮的公法线变形量控制在0.004mm以下，齿形、齿向等齿轮精度等级指标均保持氮化热处理前的状态。
Claims (2)
1.一种减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法，其特征在于：在进行齿轮的氮化热处理工艺前，先对齿轮进行预先热处理，然后再对齿轮进行氮化热处理，其齿轮预先热处理包含以下步骤：
(1)在炉温小于150℃时齿轮入炉；
(2)以小于80℃/小时的速度缓慢升温至530±20℃，齿轮在530±20℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在530℃±20℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温小于200℃时出炉自然冷却；
其齿轮氮化热处理的工艺步骤如下：
1)在炉温低于150℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以30±10℃/小时的速度缓慢升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至480～490℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以小于50℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
2.如权利要求1所述的减小齿轮在氮化热处理中变形的工艺方法，其特征在于：所述的齿轮预先热处理包含以下步骤：
(1)在炉温小于150℃时齿轮入炉；
(2)以50℃/小时的速度缓慢升温至530℃，齿轮在530℃的温度保持1小时；
(3)齿轮在530℃保持1小时后，以100℃/小时的速度缓慢降温，待炉温小于200℃时出炉自然冷却；
所述的齿轮氮化热处理，其工艺步骤如下：
1)在炉温低于150℃时齿轮入炉，排掉炉内的空气，然后通入氨气；
2)以30℃/小时的速度升温，于200℃、300℃和400℃时各保持2小时，升温至485℃时保持3小时，在整个氮化过程中，氨分解率控制在20～25％；
3)齿轮以小于50℃/小时的速度随炉降温至150℃时出炉空冷。
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