CN102808188B - 用于变速器内齿圈的气体渗碳淬火工艺 - Google Patents

用于变速器内齿圈的气体渗碳淬火工艺 Download PDF

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Abstract

一种材料处理技术领域的用于变速器内齿圈的气体渗碳淬火工艺，首先在真空条件下采用650-700℃进炉，用90-150分钟时间，将待处理零件缓慢加热到900℃；然后在900-930℃环境下以1000-1500升/小时的通入量采用C2H2作为渗碳剂进行渗碳；再在850-900℃的氮气环境下进行四阶段淬火，最后回火170℃保温三小时。本发明针对目前美国通用汽车GF-6自动变速器的1226、1219和0683等内齿圈零件淬火后，失圆变形大等缺陷，合格率偏低的状况，对ICBP600低压真空连续生产线的热处理工艺进行重新设计调整，以达到较好的状态；本发明结构简单紧凑、成本低廉、操作简便且具备无限扩充能力。

Description

用于变速器内齿圈的气体渗碳淬火工艺
技术领域
本发明涉及的是一种材料处理技术领域的方法，具体是一种用于内齿圈零件的基于低压真空渗碳淬火连续生产线的气体淬火工艺。
背景技术
GF6系列变速器是美国通用汽车公司更新换代产品，是目前世界上开发的最先进的自动变速器之一。GF6零部件热处理冶金和变形一致性要求均相当高，全部齿轮零件都采用ECM低压真空渗碳设备和高压气淬技术进行热处理。内齿圈零件由于其径大壁薄，如图1所示，为GF6系列自动变速器内齿圈零件；真空渗碳气淬热处理后的失圆变形导致的报废一直比例较高，是热处理的一大难点。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102409151A，公开日2012-04-11，记载了一种汽车驱动桥内齿圈热处理工艺，该技术包括碳氮共渗→淬火→清洗→回火→矫正变形处理步骤，在低温碳氮共渗工序之后、淬火工序之前，立即将控制内齿圈变形的心轴装入内齿圈的步骤，所述心轴直径尺寸为低温碳氮共渗并直接淬火后的内齿圈齿顶圆直径的100.02％～100.03％。所述心轴外圆上加工形齿；解决了内齿圈渗碳淬火热处理后失园变形超差问题，提高了热处理的产品合格率，特别适用于重型载重汽车用驱动桥内齿圈的热处理。但该现有技术在淬火时进行油淬冷却，适用于重型载重汽车驱动桥；无法适用于轻型自动变速器轿车或其他乘用车。
中国专利文献号CN1101457287，公开日2009-06-17，记载了一种薄壁内齿圈的辅助淬火工装与淬火方法，该薄壁内齿圈辅助淬火工装，包括与薄壁内齿圈的内径相适配的工装本体以及用于承托薄壁内齿圈的料盘，工装本体包括可拆卸连接的至少两个定径件，每个定径件的高度分别与薄壁内齿圈的高度相适配。其淬火方法为将由至少两个可拆卸连接的定径件组合形成的工装本体装入至少两个薄壁内齿圈的内孔中进行淬火处理。则在加热炉的高度允许的情况下，可同时实现对两件以上的薄壁内齿圈进行加热、淬火处理，可大大提高淬火效率，尤其适合在各种薄壁件的淬火工艺中推广使用。但该技术是将二个或多个工件夹持在该工装内进行加热、保温，且为液体介质内淬火，其操作结构和工艺较为复杂，制造成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于变速器内齿圈的真空渗碳淬火工艺，针对目前美国通用汽车GF-6自动变速器的1226、1219和0683等内齿圈零件淬火后，失圆变形大等缺陷，合格率偏低的状况，对ICBP600低压真空连续生产线的热处理工艺进行重新设计调整，以达到较好的状态；本发明成本低廉、操作简便且具备无限扩充能力。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用真空慢速预热的方式，将待处理零件进行乙炔渗碳后，采用四阶段氮气淬火，并最终经回火后完成工艺。
所述的真空慢速预热是指：在真空条件下采用650-700℃进炉，用90-150分钟时间，将待处理零件缓慢加热到900-930℃，优选加热到900℃；
所述的渗碳是指：在900-930℃，优选910℃环境下以1000-1500升/小时的通入量采用C2H2作为渗碳剂进行渗碳；
所述的四阶段淬火是指：在850-900℃，优选880℃的氮气环境下进行四阶段淬火，淬火室压力及双淬火风扇的功率设置如下：
所述的变频淬火风扇的输出功率与风扇转速满足线性关系，即0％-100％功率对应0～3000rpm线性映射，使待处理零件的冷却与连续冷却转变(CCT)曲线相匹配，达到控制淬火畸变的效果。
所述的回火是指：在170℃环境下保温三小时。
与现有技术相比，本发明通过四阶段淬火，实现“保证金相”和“控制变形”的平衡。从金相方面能将齿圈零件的平均心部硬度从目前的50HRC降低到45HRC。
附图说明
图1为变速器内齿圈零件实样图；
图中：a为内齿圈1219，b为内齿圈1226，c为内齿圈0683。
图2为高压气体淬火室结构示意图；
图中：1气体通入口、2风扇、3热交换器、4导流板。
图3为高压气体分级淬火原理示意图；
图中：Ac1奥氏体化开始转变温度、Ac3完全奥氏体化转变温度、Ms马氏体转变的起始温度、B贝氏体、F铁素体、P珠光体。
图4为改进前加热方式曲线示意图。
图5为改进后加热方式曲线示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
以新型类似分级淬火工艺，本实施例解决GF6内齿圈零件的合格率问题，内齿圈1219、内齿圈1226和内齿圈0683(图1所示)主要有以下几个方面：
内齿圈1219、内齿圈1226产品失圆造成合格率较低，内齿圈0683合格率波动较大，主要是零件锥度造成的报废；在合格率提高的同时，稳定显微组织、控制心部硬度和不良显微组织
本实施例通过以下方式实现
内齿圈1226试验
第一步、升温：如图2和图5所示，在真空条件下采用650℃进炉，用90分钟时间，将零件缓慢加热到900℃；
第二步、渗碳：渗碳温度：910℃；渗碳剂：C2H2；通入量：1200升/小时；淬火温度：880℃在保证材料微观金相组织的同时减少淬火时热应力的不良影响。
第三步、淬火：淬火温度：880℃；淬火介质：氮气；淬火室压力及淬火风扇功率如下：
 时间(s)   功率(％)   压力(mbar)
  第一阶段   20   55   9000
  第二阶段   12   20   9000
  第三阶段   178   55   9000
  第四阶段   210   75   9000
第四步、回火170℃保温三小时。
抽样检测
理化检测结果：
零件成品检测共30件，发现其中一件为热处理后失圆超差(0.21mm)，合格率96.7％
成品检测跟踪29件，INTRA及GP12尺寸检测合格率100％
进行九点均匀性检测。结果如下：
九点均匀性检测结果：
九点均匀性符合技术要求。
成品跟踪：共99件，全部合格，合格率100％。
  跟踪数量   失圆超差   合格率
  工艺改进前   107   23   78.5％
  工艺改进后   197   1   99.49％
实施例2
本实施例通过以下方式实现
内齿圈1219试验
由于内齿圈1219零件壁薄，成品合格率为75％～80％，采用新型气淬优化工艺。第一步、升温：在真空条件下采用600℃进炉，用120分钟时间，将零件缓慢加热到900℃；
第二步、渗碳：渗碳温度：910℃；渗碳剂：C2H2；通入量：1200升/小时；淬火温度：880℃在保证材料微观金相组织的同时减少淬火时热应力的不良影响。
第三步、淬火：淬火温度：880℃；淬火介质：氮气；淬火室压力及淬火风扇功率如下：
第四步、回火170℃保温三小时。
试制满炉内齿圈1219，共133件，进行9点理化检测，其余合格率跟踪。
理化检测结果如下：
此炉零件合格率跟踪情况如下：
实施例3
本实施例通过以下方式实现内齿圈0683真空气淬试制：
内齿圈0683由于零件较厚，失圆相对较稳定，气淬工艺主要是控制理化指标。
第一步、升温：在真空条件下采用700℃进炉，用90分钟时间，将零件缓慢加热到900℃；
第二步、渗碳：渗碳温度：910℃；渗碳剂：C2H2；通入量：1200升/小时；淬火温度：880℃在保证材料微观金相组织的同时减少淬火时热应力的不良影响。
第三步、淬火：淬火温度：880℃；淬火介质：氮气；淬火室压力及淬火风扇功率如下：
第四步、回火170℃保温三小时。
按工艺试制满炉0683试验，共108件，进行9点理化检测，其余合格率跟踪。
理化检测结果：
零件尺寸合格率跟踪结果如下：

Claims (1)

1.一种用于变速器内齿圈的真空渗碳淬火工艺，其特征在于，采用真空慢速预热的方式，将待处理零件进行乙炔渗碳后，采用四阶段氮气淬火，并最终经回火后完成工艺；
所述的四阶段淬火是指：在850-900℃的氮气环境下进行四阶段淬火，淬火室氮气压力均为9000mbar，双淬火风扇的功率设置如下：
i)第一阶段：20s,50%满负荷功率；
ii)第二阶段：12s,15%满负荷功率；
iii)第三阶段：178s,50%满负荷功率；
iv)第四阶段：210s,70%满负荷功率；
其中：满负荷功率为130KW；
所述的真空慢速预热是指：在真空条件下采用650或700℃进炉，用90-150分钟时间，将待处理零件缓慢加热到900℃；
所述的渗碳是指：在910℃环境下以1000-1500升/小时的通入量采用C2H2 作为渗碳剂进行渗碳；
所述的四阶段淬火是指：在880℃的氮气环境下进行四阶段淬火；
所述的双淬火风扇的输出功率与风扇转速满足线性关系，即0%-100%功率对应0～3000rpm线性映射，使待处理零件的冷却与连续冷却转变（CCT）曲线相匹配，达到控制淬火畸变的效果；
所述的回火是指：在170℃环境下保温三小时。
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