CN104032115B - 一种减小二级齿圈氮化变形的热处理方法 - Google Patents

一种减小二级齿圈氮化变形的热处理方法 Download PDF

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Abstract

一种减小二级齿圈氮化变形的热处理方法，它包括：a)二级齿圈粗加工后进行调质处理；b)回火处理；c)铣齿机加工后进行高温去应力处理；d)磨齿机加工后，进行气体氮化处理；所述气体氮化处理是：将多个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入8-12m3/h的氮气，时间3-5小时；温度升至400-500℃，通氨气4-8m3/h,保温0.2-0.8小时后，升温至500-550℃，氨气流量在10-15m3/h，Kn＝6，强渗时间60-65小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量4-6m3/h，扩散时间30-32小时；然后随炉降温，降温时通入氮气8-12m3/h，降温至400-500℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉；它具有变形小，表面能获得高硬度、高耐磨的氮化层，能提高接触疲劳强度，满足图纸的性能和精度要求，提高产品质量等特点。

Description

一种减小二级齿圈氮化变形的热处理方法
技术领域
本发明涉及的是一种减小大直径薄壁齿圈变形的热处理方法，属于金属材料热处理工艺技术领域。
背景技术
风电变速箱齿圈一般均为直齿，结构对称一致，材料为31CrMoV9，其热处理工艺包括调质，高温去应力，气体氮化处理。由于齿圈零件形状结构一致，在整个热处理过程中变形有规律，变形小，满足图纸精度要求，同时通过调质、高温去应力和气体氮化处理，使齿圈芯部获得均匀细小的回火索氏体组织，表面获得高硬度、高耐磨的氮化层，从而使齿圈芯部获得高的强度和很好的塑韧性，具有很好的综合机械性能，表面具有高的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度，满足风电变速箱的工作工况。但是，新的风电变速箱二级齿圈在结构上有了较大变化，见图1，它的结构不一致对称，在热处理过程中易产生变形，产生锥度和端面翘曲，无法满足图纸精度要求，影响产品质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能减小二级齿圈热处理变形，使零件满足性能和图纸精度要求，从而满足风电变速箱的使用工况，提高产品质量的减小二级齿圈氮化变形的热处理方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的减小二级齿圈氮化变形的热处理方法，该热处理方法包括如下步骤：a)二级齿圈粗加工后进行调质处理；b)回火处理；c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理；d)磨齿机加工后，进行气体氮化处理；所述的气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将多个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入8-12m3/h的氮气，时间3-5小时；温度升至400-500℃，通氨气4-8m3/h,保温0.2-0.8小时后，升温至500-550℃，氨气流量在10-15m3/h，Kn＝6，强渗时间60-65小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量4-6m3/h，扩散时间30-32小时；然后随炉降温，降温时通入氮气8-12m3/h，降温至400-500℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
本发明优选的技术方案是：所述的d)气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将42-54个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入10m3/h的氮气，时间4小时；温度升至450℃，通氨气6m3/h,保温0.5小时后，升温至520℃，氨气流量在12m3/h，Kn＝6，强渗时间62小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量5m3/h，扩散时间31小时；然后随炉降温，降温时通入氮气10m3/h，降温至450℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
本发明所述的柱状工装由柱状下支撑块和柱状上支撑块相接组成，所述的柱状下支撑块的上端部开设有中心螺栓孔，柱状上支撑块的下端部设置有与中心螺栓孔配合的中心螺栓柱，且所述中心螺栓柱旋接在所述中心螺栓孔中使柱状下支撑块与柱状上支撑块可调地相接在一起。
本发明所述的a)调质处理是：将二级齿圈装于吊具，在Φ1600×2000的井式炉加热至860℃，保温5小时，出炉后在油温为60℃的好富顿G油中淬火冷却，淬火冷却时间为90分钟；所述的b)淬火后的回火处理是：将二级齿圈放入井式回火炉，加热温度590℃，保温6小时，出炉空冷；合格后转入铣齿机加工。
本发明在所述c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理：将二级齿圈装于吊具，在井式回火炉去应力，加热温度550℃，并氮气保护，氮气流量6-8m3/h，保温5小时，随炉降温至400℃以下，出炉空冷，返机加工。
本发明使用专用柱状工装支撑二级齿圈，并按确定的装炉方式和优化的热处理工艺进行热处理，使得处理后的齿圈锥度、椭圆度、平面翘曲均在0.04mm以内，零件变形很小，通过热处理后使齿圈芯部获得好的综合机械性能，表面获得高硬度、高耐磨的氮化层，提高接触疲劳强度，满足图纸的性能和精度要求，提高产品质量，效果明显。
附图说明
图1是本发明所述二级齿圈的结构示意图。
图2是本发明所述柱状工装的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的减小二级齿圈氮化变形的热处理方法，该热处理方法包括如下步骤：a)二级齿圈粗加工后进行调质处理；b)回火处理；c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理；d)磨齿机加工后，进行气体氮化处理；所述的气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将多个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内，见图1所示；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入8-12m3/h的氮气，时间3-5小时；温度升至400-500℃，通氨气4-8m3/h,保温0.2-0.8小时后，升温至500-550℃，氨气流量在10-15m3/h，Kn＝6，强渗时间60-65小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量4-6m3/h，扩散时间30-32小时；然后随炉降温，降温时通入氮气8-12m3/h，降温至400-500℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
本发明的一个实施例是：所述d)的气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将42-54个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入10m3/h的氮气，时间4小时；温度升至450℃，通氨气6m3/h,保温0.5小时后，升温至520℃，氨气流量在12m3/h，Kn＝6，强渗时间62小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量5m3/h，扩散时间31小时；然后随炉降温，降温时通入氮气10m3/h，降温至450℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
图2所示，本发明所述的柱状工装1由柱状下支撑块2和柱状上支撑块3相接组成，所述的柱状下支撑块2的上端部开设有中心螺栓孔4，柱状上支撑块3的下端部设置有与中心螺栓孔配合的中心螺栓柱5，且所述中心螺栓柱5旋接在所述中心螺栓孔4中使柱状下支撑块2与柱状上支撑块3可调地相接在一起。
本发明所述的a)调质处理是：将二级齿圈装于吊具，在Φ1600×2000的井式炉加热至860℃，保温5小时，出炉后在油温为60℃的好富顿G油中淬火冷却，淬火冷却时间为90分钟；所述b)淬火后的回火处理是：将二级齿圈放入井式回火炉，加热温度590℃，保温6小时，出炉空冷；合格后转入铣齿机加工。
本发明所述c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理：将二级齿圈装于吊具，在井式回火炉去应力，加热温度550℃，并氮气保护，氮气流量6-8m3/h，保温5小时，随炉降温至400℃以下，出炉空冷，返机加工。
本发明的其它实施例是：
1.二级齿圈粗加工后进行调质处理，具体调质工艺：将零件装于吊具，在Φ1600×2000的井式炉加热至860℃，保温5小时，出炉后在油温为60℃的好富顿G油中淬火冷却，淬火冷却时间为90分钟。
2.淬火后回火，将零件放入井式回火炉，加热温度590℃，保温6小时，出炉空冷。合格后转入机加工加工。
3.铣齿加工后，进行高温去应力。具体工艺：将零件装于吊具，在井式回火炉去应力，加热温度550℃，并氮气保护，氮气流量6-8m3/h，保温5小时，随炉降温至400℃以下，出炉空冷，返机加工。
4.磨齿后，进行气体氮化。具体工艺：先清洗干净齿圈，将专用工装均匀固定支撑于齿圈槽内，共支撑48个。然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，A端面朝上。零件装好后，进行气体氮化。加热升温，并通入10m3/h的氮气，时间4小时。温度升至450℃，通氨气6m3/h,保温0.5小时后，升温至520℃，氨气流量在10-15m3/h，Kn＝6，强渗时间60-65小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量4-6m3/h，扩散时间30-32小时。然后随炉降温。降温时通入氮气10m3/h，降温至450℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
本发明根据二级齿圈的结构特点，将专门设计的柱状工装均匀支撑于B处齿圈薄壁槽处，薄壁A端面朝上，见图1，齿圈叠装，工装支撑对准。
二级齿圈材料为31CrMoV9,热处理优化后工艺为：高温去应力加热温度550℃保温5小时后随炉冷却，温度低于400℃再出炉空冷。气体氮化加热时先加热至450℃保温0.5小时，然后再升温至520℃保温氮化。

Claims (2)

1.一种减小二级齿圈氮化变形的热处理方法，该热处理方法包括如下步骤：a)二级齿圈粗加工后进行调质处理；b)回火处理；c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理；d)磨齿机加工后，进行气体氮化处理；其特征在于：
其中步骤a)调质处理是：将二级齿圈装于吊具，在Φ1600×2000的井式炉加热至860℃，保温5小时，出炉后在油温为60℃的好富顿G油中淬火冷却，淬火冷却时间为90分钟；
步骤b)淬火后的回火处理是：将二级齿圈放入井式回火炉，加热温度590℃，保温6小时，出炉空冷；合格后转入铣齿机加工；
步骤c)铣齿机加工后，进行高温去应力处理：将二级齿圈装于吊具，在井式回火炉去应力，加热温度550℃，并氮气保护，氮气流量6-8m3/h，保温5小时，随炉降温至400℃以下，出炉空冷，返机加工；
步骤d)磨齿机加工后，进行气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将多个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入8-12m3/h的氮气，时间3-5小时；温度升至400-500℃，通氨气4-8m3/h,保温0.2-0.8小时后，升温至500-550℃，氨气流量在10-15m3/h，Kn＝6，强渗时间60-65小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量4-6m3/h，扩散时间30-32小时；然后随炉降温，降温时通入氮气8-12m3/h，降温至400-500℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉；
所述的柱状工装由柱状下支撑块和柱状上支撑块相接组成，所述的柱状下支撑块的上端部开设有中心螺栓孔，柱状上支撑块的下端部设置有与中心螺栓孔配合的中心螺栓柱，且所述中心螺栓柱旋接在所述中心螺栓孔中使柱状下支撑块与柱状上支撑块可调地相接在一起。
2.根据权利要求1所述的减小二级齿圈氮化变形的热处理方法，其特征在于所述d)的气体氮化处理是：先清洗干净齿圈，将42-54个柱状工装均匀固定支撑于齿圈槽内；然后将齿圈平装于钟罩式气体氮化炉，加热升温，并通入10m3/h的氮气，时间4小时；温度升至450℃，通氨气6m3/h,保温0.5小时后，升温至520℃，氨气流量在12m3/h，Kn＝6，强渗时间62小时，转扩散，Kn＝2，氨气流量5m3/h，扩散时间31小时；然后随炉降温，降温时通入氮气10m3/h，降温至450℃移走加热罩，换冷却罩冷却，温度降至90℃以下零件出炉。
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