CN102703909A - 一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，包括以下步骤：强渗，碳势在1.0-1.2%cp；扩散，碳势在0.8-1.0%cp；降温，在温度降至600-620℃时等温停留1-2h后冷却；淬火加热，包括第一阶段与第二阶段，其中第二阶段的淬火温度低于第一阶段的淬火温度；以及回火，回火温度为160-250℃。本发明将渗碳、等温和淬火结合在一起，不仅缩短了工艺时间、降低了热处理能耗、优化了工艺节能、并有效提高了重载齿轮渗碳热处理的各项技术指标如表面硬度、耐磨性、疲劳强度、心部强韧性。
Description
技术领域
本发明涉及淬火技术，尤其涉及一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺。
背景技术
随着汽车工业的发展，轻量化已经是汽车行业的发展趋势，因此提高汽车零部件强度的技术、工艺越来越受到汽车行业的重视。由于汽车零部件大多需要采用高强度和耐磨的材料，尤其是发动机、驱动系统中的重载齿轮、齿轴等部件均采用渗碳淬火工艺。
重载齿轮承载大，冲击力强，安全性要求高，使用时除了应具有优良的耐磨性能，还应有较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，同时具有较高的抗冲击和抗过载能力。传统的渗碳淬火热处理工艺易产生晶粒粗大、脆性和应力大的缺陷，且耗能高，生产周期长，已不能满足关键件的性能要求。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其降低了热处理能耗、 优化了工艺节能、并有效控制了重载齿轮渗碳热处理的各项技术指标。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，包括以下步骤：强渗，碳势在1.0-1.2%cp；扩散，碳势在0.8-1.0%cp；降温，在温度降至600-620℃时等温停留1-2h后冷却；淬火加热，包括第一阶段与第二阶段，其中第二阶段的淬火温度低于第一阶段的淬火温度；以及回火，回火温度为160-250℃。
作为上述技术方案的进一步改进，强渗与扩散步骤中炉压保持在15-20Pa。
作为上述技术方案的进一步改进，强渗与扩散步骤中滴甲醇或者煤油，滴速为140至160滴/分钟。
作为上述技术方案的进一步改进，强渗在渗碳深度达到0.02至0.03毫米时结束。
作为上述技术方案的进一步改进，扩散在渗碳深度达到0.04至0.05毫米时结束。
作为上述技术方案的进一步改进，强渗持续时间为70-120分钟。
作为上述技术方案的进一步改进，扩散持续时间为50-80分钟。
作为上述技术方案的进一步改进，第一阶段的淬火温度为840-860℃。
作为上述技术方案的进一步改进，第二阶段的淬火温度为810-830℃。
本发明将渗碳、等温和淬火结合在一起，不仅缩短了工艺时间、 降低了热处理能耗、 优化了工艺节能、并有效提高了重载齿轮渗碳热处理的各项技术指标如表面硬度、耐磨性、疲劳强度、心部强韧性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所揭示的一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1，本发明提供一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其包括强渗、扩散、降温、淬火、回火等步骤。
其中，强渗、扩散各阶段的碳势、时间等工艺参数，使工件以较快的速率达到表面碳浓度、渗碳深度、渗层碳浓度梯度等质量指标，尤其是深层渗碳热处理时要更加重视这些参数的设定。渗碳炉内要保持真空或者惰性气氛以减少氧化。
强渗阶段控制碳势在1.0-1.2%cp范围，炉压15至20Pa，强渗过程中滴甲醇或者煤油，滴速140至160滴/分钟。
扩散阶段要控制碳势在0.8-1.0%cp范围，炉压10至15Pa，扩散过程中滴甲醇或者煤油，滴速140至160滴/分钟。
强渗阶段与扩散阶段的保温时间视装炉量和渗碳深度要求而定。即，在渗碳过程中进行抽样，当渗碳深度达到要求时即可进行降温。一般来说，强渗阶段渗碳深度达到0.02至0.03毫米时可以结束。扩散阶段渗碳深度达到0.04至0.05毫米时可以结束。以上述厚度计，强渗阶段时间约在70到120分钟之间，扩散阶段在50到80分钟之间。
降温阶段， 随着炉温的缓慢降低，渗碳表层逐步析出少量细网状渗碳体，冷至低于620℃会发生奥氏体向珠光体重结晶转变，通过600-620℃的等温停留1-2h，渗碳表面碳化物将部分球化，为后续淬火做好组织准备。等温阶段碳化物的球化效果主要取决于表层碳含量，控制在0.85-1.0%为最佳，如果表面碳浓度偏高，将会形成粗网或大块状碳化物，球化效果较差，这也是此复合渗碳热处理控制的要点之一。
淬火加热阶段，淬火工艺的关键技术是将淬火加热过程分成两段，第一阶段加热温度为840-860℃，此温度范围有利于心部铁素体的转变，此时，珠光体转变成奥氏体，渗层部分碳化物溶入奥氏体，保证了淬火后马氏体的高硬度和强度，同时保留了适量的未溶碳化物。第二阶段加热较低温度810-830℃，是为了减少淬火应力同时有利于表面获得高硬度。
回火阶段，通过160-250℃的低温回火，淬火马氏体将转变为回火马氏体，同时表面残余奥氏体将分解为马氏体。为了使残余奥氏体转变充分，并有利于消除热处理应力，采用两次回火并适当延长保温时间。
工件经该复合渗碳热处理后，表面组织为细针状马氏体加少量弥散分布的碳化物，心部组织为板条状马氏体及少量铁素体，渗碳齿轮可获得表面高硬度、高耐磨性、高疲劳强度、心部较高强韧性的使用性能。
实施例1
取由合金钢材料（20CrMo）制成的齿轮，在渗碳炉的炉温810至820度时进炉，由于齿轮进入，炉温降低，炉温下降至740℃时进行升温。同时，开动排气系统排气使炉压控制在15Pa，碳势1%cp进行强渗碳阶段。保持约120分钟后，抽样，渗碳深度达到0.02至0.03毫米时结束强渗阶段，控制碳势为1.0%cp进行扩散阶段，保持80分钟后，抽样，碳深度达到0.04至0.05毫米时可以结束。停止加热后渗碳炉的炉温缓慢降低，降至600℃时保持恒温2h，然后自然冷却后进行淬火加热。淬火加热分为两个阶段，第一阶段加热至840℃，冷却后进行第二阶段，加热至810℃后进行冷却。淬火后，进行回火，回火温度160℃，可保持30分钟到2个小时。
取获得的齿轮三点进行测试，其具有以下性能：表面高硬度为表面高硬度为（60、60.5、62HRC）、抗拉强度为（1280、1330、1310MPa）。
实施例2
取由合金钢材料（20CrMnTi）制成的齿轮，在渗碳炉的炉温810至820度时进炉，由于齿轮进入，炉温降低，炉温下降至750℃时进行升温。同时，开动排气系统排气使炉压控制在15Pa，碳势1.1%cp进行强渗碳阶段。保持约100分钟后，抽样，渗碳深度达到0.02至0.03毫米时结束强渗阶段，控制碳势为0.9%cp进行扩散阶段，保持70分钟后，抽样，碳深度达到0.04至0.05毫米时可以结束。停止加热后渗碳炉的炉温缓慢降低，降至610℃时保持恒温1.5h，然后自然冷却后进行淬火加热。淬火加热分为两个阶段，第一阶段加热至850℃，冷却后进行第二阶段，加热至815℃后进行冷却。淬火后，进行回火，回火温度200℃，可保持30分钟到2个小时。
取获得的齿轮三点进行测试，其具有以下性能：表面高硬度为（61、60.5、62.5HRC）、抗拉强度为（1080、1130、1050MPa）。
实施例3
取由合金钢材料（20CrMnMo）制成的齿轮，在渗碳炉的炉温810至820度时进炉，由于齿轮进入，炉温降低，炉温下降至760℃时进行升温。同时，开动排气系统排气使炉压控制在15Pa，碳势1.2%cp进行强渗碳阶段。保持约100分钟后，抽样，渗碳深度达到0.02至0.03毫米时结束强渗阶段，控制碳势为1.0%cp进行扩散阶段，保持70分钟后，抽样，碳深度达到0.04至0.05毫米时可以结束。停止加热后渗碳炉的炉温缓慢降低，降至620度时保持恒温2h，然后自然冷却后进行淬火加热。淬火加热分为两个阶段，第一阶段加热至860℃，冷却后进行第二阶段，加热至820℃后进行冷却。淬火后，进行回火，回火温度250℃，可保持30分钟到2个小时。
取获得的齿轮三点进行测试，其具有以下性能：合金钢材料（20CrMnMo）表面高硬度为（61、62.5、62HRC）、抗拉强度为（1210、1100、1180MPa）。
以上各实施例的齿轮经该复合渗碳热处理后，表面组织为细针状马氏体加少量弥散分布的碳化物，心部组织为板条状马氏体及少量铁素体，渗碳齿轮可获得表面高硬度、高耐磨性、高疲劳强度、心部较高强韧性的使用性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
强渗，碳势在1.0-1.2%cp；
扩散，碳势在0.8-1.0%cp；
降温，在温度降至600-620℃时等温停留1-2h后冷却；
淬火加热，包括第一阶段与第二阶段，其中第二阶段的淬火温度低于第一阶段的淬火温度；以及
回火，回火温度为160-250℃。
2.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述强渗与扩散步骤中炉压保持在15-20Pa。
3.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述强渗与扩散步骤中滴甲醇或者煤油，滴速为140至160滴/分钟。
4.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述强渗在渗碳深度达到0.02至0.03毫米时结束。
5.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述扩散在渗碳深度达到0.04至0.05毫米时结束。
6.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述强渗持续时间为70-120分钟。
7.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述扩散持续时间为50-80分钟。
8.如权利要求1所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述第一阶段的淬火温度为840-860℃。
9.如权利要求8所述的改善齿轮性能的复合渗碳淬火工艺，其特征在于，所述第二阶段的淬火温度为810-830℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121003 |