CN101775478A - 齿圈氮气保护连续式正火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正火工艺，尤其是一种用于齿圈的氮气保护气氛下的正火工艺。其克服了现有的齿圈正火工艺中易发生氧化脱碳现象，导致齿坯表面产生氧化层的缺陷，提出了一种齿圈氮气保护连续式正火工艺。在正火热处理的加热和保温过程中，向炉膛内通入高纯度氮气，以达到隔离和排空炉膛内氧气的目的，抑制材料表面的氧化脱碳，并且在工件出炉前，利用出口处的氮气冷却区快速冷却，有利于材料内部组织的细化和完善，获得良好的工艺性和机械性能指标，另外该工艺省去了水冷和等温过程，并实现了连续生产，有效缩短了正火时间，提高生产效率，实现了节能减排。

Description

齿圈氮气保护连续式正火工艺

技术领域

本发明涉及一种正火工艺，尤其是一种用于齿圈的氮气保护气氛下的正火工艺。

背景技术

根据GB7232及GB/T16923的定义，钢的正火通常是把钢加热到临界温度Ac3或Accm线以上，保温一段时间，然后进行空冷。由于冷却速度较快，与退火组织相比，组织中的珠光体量相对较多，且片层较细密，故性能有所改善，细化晶粒，改善组织，并消除了残余应力。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对于高碳钢，正火则可以消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作好组织准备。

齿圈用碳素结构钢(如S45C、S48C)属于中碳钢，在轧制、弯曲和焊接的过程中会出现一些不稳定组织和内应力，正火的主要目的是为了使内部组织正常化、硬度正常化以及消除内应力，为后续工序中的高频淬火和回火做好准备，同时改善切削加工性能，并提高材料的综合力学性能。

正火热处理主要包括普通正火、二段正火及等温正火三种方式，目前齿轮制造行业普遍采用的是等温正火工艺，虽然能够有效地改善材料的内部组织，但实际生产中，工件表面会产生氧化脱碳现象，为了去除工件表面的氧化皮，在正火后必须进行表面处理，既增加了生产成本，又延长了生产周期，而且污染环境，齿坯在正火过程中产生氧化脱碳的主要原因是在普通等温正火炉的加热和保温过程中，齿坯始终暴露在空气中，由于温度高、时间长，齿坯表面在没有保护措施的情况下，加速了氧化过程。

等温正火后续工序中包括等温处理过程和水冷过程，等温处理是将工件快冷至珠光体转换区某一温度然后保温，以获得珠光体组织，但对于齿圈行业来说，由于齿圈形状比较特殊，尺寸大，但截面积小，因此较易获得稳定均匀的珠光体组织，且加热时间过长会产生较大变形，故可以省去等温和水冷过程。

另外现有的正火工艺中一般采用单纯的风冷方式降温，对于中碳钢来说，由于温度下降速度较慢，不利于材料内部组织的细化和改善，较容易出现不稳定组织，影响后续的生产工序，产生不良品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的齿圈正火工艺中易发生氧化脱碳现象，导致齿坯表面产生氧化层的缺陷，提出了一种齿圈氮气保护连续式正火工艺。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种齿圈氮气保护连续式正火工艺，该工艺包括以下步骤：(1)通过加热保温系统对炉膛进行加热升温，当炉膛内的加热区和保温区的温度升至设定温度并保持恒定后，氮气站向炉膛内通入高纯度氮气，将炉内空气排出；(2)启动电机，使电机驱动输送带传动，将齿坯放置在输送带上，齿坯在输送带的带动下进入炉膛内的加热区，使齿坯的温度在8-12min内由常温迅速上升至400℃，然后使齿坯的温度在12-18min内继续上升至AC3+(40-50)℃；(3)在输送带的传送下，工件继续进入保温区，工件在保温区内保温36-45min，工件的温度保持为AC3+(40-50)℃；(4)工件随输送带继续进入氮气冷却区，氮气站向氮气冷却区内喷入高压低温氮气，高压低温氮气对工件进行快速冷却，使工件的温度在10min内降至500-550℃；(5)工件随输送带离开炉膛，通过风机使其冷却至常温，齿圈正火工艺完成。

本发明中，所述的输送带与电机连接，电机可以采用变频调速电机，实现了无机变速；所述的输送带采用网带输送带。在电机的驱动下，输送带将齿坯依次传送至炉膛内的加热区、保温区和氮气冷却区，完成了正火工艺。

所述的炉膛内的加热区和保温区内通入高纯氮气后，炉内压力保持在0.15-0.2MPa之间。另外工件的降温采用高压低温氮气进行初步快速冷却，因此正火工艺的加热、保温和冷却的过程都是在氮气保护气氛中完成的，有效地抑制了齿坯表面氧化脱碳现象的发生。

所述的炉膛进口处设有进口密封部，防止外界空气进入炉膛中，以及内部氮气的溢出，确保齿圈正火处理过程中无氧化无脱碳，并降低了氮气的消耗量。

本发明的有益效果是：在正火热处理的加热和保温过程中，向炉膛内通入高纯度氮气，以达到隔离和排空炉膛内氧气的目的，抑制材料表面的氧化脱碳，并且在工件出炉前，利用出口处的氮气冷却区快速冷却，有利于材料内部组织的细化和完善，获得良好的工艺性和机械性能指标；其次，由于正火后齿坯表面无氧化皮，正火炉中可以不设置排气除尘系统，简化了设备结构，也减少了对环境的污染；另外，与现有等温正火处理方法相比，该工艺省去了水冷和等温过程，并实现了连续生产，有效缩短了正火时间，提高生产效率，实现了节能减排。

具体实施方式

本发明主要用于齿圈用中碳钢的正火工艺，该工艺是在氮气保护连续式正火炉生产线上进行的，在正火炉的整个加热和保温过程中，向炉膛内通入高纯度氮气，达到了隔离外界空气和排空炉膛内氧气的目的，抑制材料表面的氧化脱碳过程，并且在工件出炉前，利用出口处的高压低温氮气使材料在10min内快速冷却至550℃以下，有利于材料内部组织的细化和完善，获得良好的工艺性和机械性能指标。

上述齿圈氮气保护连续式正火工艺包括以下步骤：第一步：所述的炉膛内从入口至出口方向依次设有加热区、保温区和氮气冷却区，通过加热保温系统对炉膛进行加热升温，使加热区和保温区的温度升至AC3以上的设定温度并保持恒定；然后由氮气站向炉膛内通入高纯度氮气，将炉内的空气排出，同时炉膛内加热区和保温区的压力保持在0.15-0.2MPa之间。为了减少氮气的消耗量，防止氮气溢出以及外界空气进入炉膛内，所述的炉膛进口处设有进口密封部。另外在炉膛的出、入口采用耐火密封材料，也可以有效地限制炉膛内气体与外界空气的流通。

第二步：启动驱动电机，电机驱动输送带传动，将齿坯放置在输送带上，齿坯在输送带的带动下从入口进入炉膛内的加热区，进入加热区时，通过加热保温系统使齿坯的温度在8-12min内由常温迅速上升至400℃，接着在12-18min内使齿坯的温度继续上升至AC3+(40-50)℃。

第三步，在输送带的传送下，齿坯随输送带进入炉膛保温区，在保温区内保温36-45min，保温过程中齿坯的温度为AC3+(40-50)℃；第四步，齿坯随传送带继续进入氮气冷却区，氮气站通过氮气输送管路向冷却区内喷送高压低温氮气，对齿坯进行快速冷却，使齿坯的温度在10min内降至500-550℃。此时齿坯的相变基本完成，并且不再容易被氧化。

最后，在输送带的传动下齿坯离开炉膛，落至出料部，由出料部迅速输送至周转车，利用风机使齿坯冷却至常温，至此正火热处理工序结束。

在本系统中，除了人工上料外，其他生产过程均在PLC的控制下自动完成。网带输送部采用变频调速电机驱动，实现了无级变速。加热保温系统采用电加热管加热，通过热电偶监控炉内温度，炉内采用高温耐火密封材料，能够有效地阻止热量的散失和氮气的溢出，保证了工件不被氧化，以及工件内部组织的平稳转变。这一系列的措施，确保了生产出的齿圈表面无氧化皮，光亮整洁美观，有效地改善了工件的整体质量。

该方式除了适用于齿圈正火处理外，也适用于和齿圈的形状及尺寸近似的其他零部件的正火热处理。

Claims (5)

1.一种齿圈氮气保护连续式正火工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

(1)通过加热保温系统对炉膛进行加热升温，当炉膛内的加热区和保温区的温度升至设定温度并保持恒定后，氮气站向炉膛内通入高纯度氮气，将炉内空气排出；

(2)启动电机，使电机驱动输送带传动，将齿坯放置在输送带上，齿坯在输送带的带动下进入炉膛内的加热区，使齿坯的温度在8-12min内由常温迅速上升至400℃，然后使齿坯的温度在12-18min内继续上升至AC3+(40-50)℃；

(3)在输送带的传送下，工件继续进入保温区，工件在保温区内保温36-45min，工件的温度保持为AC3+(40-50)℃；

(4)工件随输送带进入氮气冷却区，氮气站向氮气冷却区内喷入高压低温氮气，高压低温氮气对工件进行快速冷却，使工件的温度在10min内降至500-550℃；

(5)工件随传送带离开炉膛，通过风机使其冷却至常温，齿圈正火工艺完成。

2.根据权利要求1所述的齿圈氮气保护连续式正火工艺，其特征在于：所述的输送带与电机连接。

3.根据权利要求2所述的齿圈氮气保护连续式正火工艺，其特征在于：所述的电机为变频调速电机。

4.根据权利要求1所述的齿圈氮气保护连续式正火工艺，其特征在于：所述的炉膛内的加热区、保温区及氮气冷却区内通入高纯氮气后，炉内压力为0.15-0.2MPa。

5.根据权利要求1所述的齿圈氮气保护连续式正火工艺，其特征在于：所述的炉膛进口处设有进口密封部。