CN102794621B - 一种机车齿轮锻件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机车齿轮锻件的生产方法，该生产方法通过焊接前以及焊接后各进行一次淬火处理，从而除了能够解决焊接变形、焊缝开裂等问题、保证了齿轮齿面的硬度以外，还能消除焊接产生的应力。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮锻件的制造方法，特别是涉及一种用于机车的齿轮锻件的生产方法。
背景技术
齿轮转动是应用最为广泛的一种传动形式，与其它传动相比，具有传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定传动比。齿轮箱是机车中的一个重要的机械部件，作为传递动力的部件，其主要功用是将产生的动力进行传递。但是现有的齿轮箱有寿命较短的弱点，制约了整体机车的安全运行，需要加以改进。
影响齿轮箱寿命的主要部件就是齿轮。现有技术中，齿轮箱的齿轮主要有以下几方面的缺点：
(1)齿轮箱的齿面疲劳点蚀：齿轮工作时，当齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面的表层会产生细微的疲劳裂纹，从而造成许多微粒从工作表面上脱落下来，在表面出现许多月牙形的浅坑，这使齿轮不能正常工作而失效，导致齿面疲劳点蚀。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。(2)齿轮折断：当弯曲应力超过弯曲疲劳极限，齿轮重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，致使齿轮折断。(3)齿面磨损：在载荷作用下，齿面会产生磨损，使齿侧间隙增大，齿根厚度减小，从而产生冲击和噪声。齿面磨损是它不可避免的失效形式。(4)齿面胶合：高速重载的齿轮转动，当啮合区的温度升高，会破坏润滑油的作用，使之不能良好地润滑而导致齿面粘结在一起。(5)齿面塑性变形：在重载作用下，当齿面硬度不够时，会产生一定的塑性变形。
对于机车齿轮箱，在保证大功率传动需要的同时，为适应某些特殊场合的运用还必须考虑其轻量化的需要，同时齿轮的轮齿要能耐磨、抗冲击，需使用较好的合金材料，为节约成本，齿轮一般都不是整体式结构，往往将齿圈、轮辐、轮毂各自单独加工，然后采用焊接将其连接成整体。为了保证齿圈轮齿在大功率传动时有足够的强度，齿圈材料一般均采用低碳、合金元素较多的合金结构钢并经渗碳淬火处理。现有技术中都是在焊接前对齿圈进行渗碳淬火处理，焊接后仅进行精加工以完成齿轮的制造。但是由于焊接前会对齿圈进行预热并且在焊接过程中会产生大量的热量，当齿面温度超过渗碳淬火齿轮的低温回火温度时，齿轮齿面硬度会降低从而影响其性能。而且，为了消除焊接应力，在焊后需要对焊接组件进行热时效处理，如果温度过低就达不到去应力的效果，而温度过高则又会降低齿面的硬度，从而影响其性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种焊接结构渗碳淬火齿轮的生产方法，通过焊接前以及焊接后各进行一次淬火处理，从而除了能够解决焊接变形、焊缝开裂等问题、保证了齿轮齿面的硬度以外，还能消除焊接产生的应力。
本发明提出的机车齿轮锻件的生产方法，包括如下步骤：
第一步，采用渗碳钢制作齿圈、轮毂、辐板的锻件毛坯，所述渗碳钢可以采用20CrMnTi、20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6或17Cr2Ni2MoA；在某些对硬度要求更高的场合，渗碳钢材料可以采用42CrMoA或34Cr2Ni2MoA。
第二步，加工齿圈：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，加工齿圈的内外圆和两端面，其中齿圈的长度留余量14mm，齿圈的直径留余量12mm；此后在齿圈外圆周两侧边上倒角；接着在齿圈上进行齿形粗加工，并为下一步的精加工留下加工余量12mm；对粗加工完毕的齿圈进行超声波探伤检查；将经超声波探伤检查合格后的齿圈通过采用渗碳剂来进行渗碳淬火处理，其中渗碳淬火温度为830℃至850℃，淬火后采用油冷的方式进行冷却；最后对齿圈进行低温回火处理，回火温度为220℃至240℃；
第三步，加工轮毂：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工轮毂的内外圆和两端面，粗加工内外圆时，直径留12mm的余量，两端面留10mm的余量，然后在粗加工后的轮毂的外圆两侧倒角，接着对轮毂进行渗碳淬火处理，淬火温度为830℃至850℃，淬火后对其进行油冷并随后低温回火处理，回火温度为220℃至240℃；
第四步，加工辐板：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工该毛坯材料以制成辐板，粗加工时留15mm余量；
第五步，将所述第三和第四步制成的齿圈、轮毂和辐板焊接成齿轮，焊接前先对齿圈、轮毂和辐板进行预热，焊接后采用超声波对焊缝进行探伤检查；
第六步，第五步探伤检查合格后的齿轮进行退火处理，退火温度为550℃，时间为25小时，然后对齿圈进行滚齿处理；
第七步，精加工，对齿圈齿形、轮毂以及焊缝进行精加工处理；
第八步，渗碳淬火处理，将完成精加工的齿轮放到渗碳炉中，并通过采用渗碳剂来进行渗碳淬火，渗碳淬火温度920℃，渗碳层深度为5mm，完成渗碳淬火后油冷，然后低温回火处理，回火温度为200℃至220℃
第九步，成品探伤检查，对完成渗碳处理的齿轮采用超声波探伤检查。
优选地，上文中的渗碳淬火处理采用气体渗碳法。
其中，渗碳剂为煤油、乙醇、异丙醇、醋酸乙酯或乙醚，优选为异丙醇。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述。
实施例1
本发明提出的机车齿轮锻件的生产方法，包括如下步骤：
第一步，采用渗碳钢制作齿圈、轮毂、辐板的锻件毛坯，所述渗碳钢为20CrMnTi、20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6或17Cr2Ni 2MoA任意之一；
第二步，加工齿圈：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，加工齿圈的内外圆和两端面，其中齿圈的长度留余量14mm，齿圈的直径留余量12mm；此后在齿圈外圆周两侧边上倒角；接着在齿圈上进行齿形粗加工，并为下一步的精加工留下加工余量12mm；对粗加工完毕的齿圈进行超声波探伤检查；将经超声波探伤检查合格后的齿圈采用气体渗碳法进行渗碳淬火处理，渗碳剂为异丙醇，其中淬火温度为840℃，淬火后采用油冷的方式进行冷却；最后对齿圈进行低温回火处理，回火温度为230℃；
第三步，加工轮毂：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工轮毂的内外圆和两端面，粗加工内外圆时，直径留12mm的余量，两端面留10mm的余量，然后在粗加工后的轮毂的外圆两侧倒角，接着对轮毂进行渗碳淬火处理，淬火温度为840℃，淬火后对其进行油冷并随后低温回火处理，回火温度为230℃；
第四步，加工辐板：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工该毛坯材料以制成辐板，粗加工时留15mm余量；
第五步，将所述第三和第四步制成的齿圈、轮毂和辐板焊接成齿轮，焊接前先对齿圈、轮毂和辐板进行预热，焊接后采用超声波对焊缝进行探伤检查；
第六步，第五步探伤检查合格后的齿轮进行退火处理，退火温度为550℃，时间为25小时，然后对齿圈进行滚齿处理；
第七步，精加工，对齿圈齿形、轮毂以及焊缝进行精加工处理；
第八步，渗碳淬火处理，将完成精加工的齿轮放到渗碳炉中，并采用气体渗碳法来进行渗碳淬火，渗碳剂为异丙醇，渗碳淬火温度920℃，渗碳层深度为5mm，完成渗碳淬火后油冷，然后低温回火处理，回火温度为200℃至220℃
第九步，成品探伤检查，对完成渗碳处理的齿轮采用超声波探伤检查。
实施例2：
本发明提出的机车齿轮锻件的生产方法，包括如下步骤：
第一步，采用渗碳钢制作齿圈、轮毂、辐板的锻件毛坯，所述渗碳钢为42CrMoA或34Cr2Ni2MoA。
第二步，加工齿圈：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，加工齿圈的内外圆和两端面，其中齿圈的长度留余量14mm，齿圈的直径留余量12mm；此后在齿圈外圆周两侧边上倒角；接着在齿圈上进行齿形粗加工，并为下一步的精加工留下加工余量12mm；对粗加工完毕的齿圈进行超声波探伤检查；将经超声波探伤检查合格后的齿圈采用气体渗碳法进行渗碳淬火处理，渗碳剂为异丙醇，其中淬火温度为850℃，淬火后采用油冷的方式进行冷却；最后对齿圈进行低温回火处理，回火温度为240℃；
第三步，加工轮毂：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工轮毂的内外圆和两端面，粗加工内外圆时，直径留12mm的余量，两端面留10mm的余量，然后在粗加工后的轮毂的外圆两侧倒角，接着对轮毂进行渗碳淬火处理，淬火温度为850℃，淬火后对其进行油冷并随后低温回火处理，回火温度为240℃；
第四步，加工辐板：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工该毛坯材料以制成辐板，粗加工时留15mm余量；
第五步，将所述第三和第四步制成的齿圈、轮毂和辐板焊接成齿轮，焊接前先对齿圈、轮毂和辐板进行预热，焊接后采用超声波对焊缝进行探伤检查；
第六步，第五步探伤检查合格后的齿轮进行退火处理，退火温度为550℃，时间为25小时，然后对齿圈进行滚齿处理；
第七步，精加工，对齿圈齿形、轮毂以及焊缝进行精加工处理；
第八步，渗碳淬火处理，将完成精加工的齿轮放到渗碳炉中，并采用气体渗碳法来进行渗碳淬火，渗碳剂为异丙醇，渗碳淬火温度920℃，渗碳层深度为5mm，完成渗碳淬火后油冷，然后低温回火处理，回火温度为200℃至220℃
第九步，成品探伤检查，对完成渗碳处理的齿轮采用超声波探伤检查。
采用本发明的生产方法制造的齿轮，由于在焊接前和焊接后各采取了淬火处理，因此，在焊接过程中所导致的硬度降低的缺陷不仅可以避免，而且由于采用两次淬火处理，因此渗碳深度比只进行一次淬火处理的现有技术更深，也就是说齿轮表面的渗碳层更厚，这也可以进一步增加其硬度。
虽然已经描述了本发明的一些具体实施例，但是其并非用于限定本发明，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求保护范围的情况下，可以对本发明做出各种修改。
Claims (3)
1.一种机车齿轮锻件的生产方法，其特征在于，按先后顺序，包括以下步骤：
第一步，采用渗碳钢制作齿圈、轮毂、辐板的锻件毛坯，所述渗碳钢采用20CrMnTi、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17Cr2Ni2MoA、42CrMoA或34Cr2Ni2MoA；
第二步，加工齿圈：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，加工齿圈的内外圆和两端面，其中齿圈的长度留余量14mm，齿圈的直径留余量12mm；此后在齿圈外圆周两侧边上倒角；接着在齿圈上进行齿形粗加工，并为下一步的精加工留下加工余量12mm；对粗加工完毕的齿圈进行超声波探伤检查；将经超声波探伤检查合格后的齿圈通过采用渗碳剂来进行渗碳淬火处理，其中渗碳淬火温度为830℃至850℃，淬火后采用油冷的方式进行冷却；最后对齿圈进行低温回火处理，回火温度为220℃至240℃；
第三步，加工轮毂：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工轮毂的内外圆和两端面，粗加工内外圆时，直径留12mm的余量，两端面留10mm的余量，然后在粗加工后的轮毂的外圆两侧倒角，接着对轮毂进行渗碳淬火处理，淬火温度为830℃至850℃，淬火后对其进行油冷并随后低温回火处理，回火温度为220℃至240℃；
第四步，加工辐板：将渗碳钢锻件毛坯材料正火处理后，粗加工该毛坯材料以制成辐板，粗加工时留15mm余量；
第五步，将所述第三和第四步制成的齿圈、轮毂和辐板焊接成齿轮，焊接前先对齿圈、轮毂和辐板进行预热，焊接后采用超声波对焊缝进行探伤检查；
第六步，第五步探伤检查合格后的齿轮进行退火处理，退火温度为550℃，时间为25小时，然后对齿圈进行滚齿处理；
第七步，精加工，对齿圈齿形、轮毂以及焊缝进行精加工处理；
第八步，渗碳淬火处理，将完成精加工的齿轮放到渗碳炉中，并通过采用渗碳剂来进行渗碳淬火处理，渗碳淬火处理温度920℃，渗碳层深度为5mm，完成渗碳淬火后油冷，然后低温回火处理，回火温度为200℃至220℃；
第九步，成品探伤检查，对完成渗碳处理的齿轮采用超声波探伤检查。
2.如权利要求1所述的机车齿轮锻件的生产方法，其特征在于：所述渗碳淬火处理采用气体渗碳法。
3.如权利要求1所述的机车齿轮锻件的生产方法，其特征在于：所述渗碳剂为煤油、乙醇、异丙醇、醋酸乙酯或乙醚。
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