CN104294152A

CN104294152A - 一种12Cr2Ni4A合金结构钢及齿轮加工制造方法

Info

Publication number: CN104294152A
Application number: CN201310299326.4A
Authority: CN
Inventors: 张明
Original assignee: Wuxi Huaye Iron & Steel Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huaye Iron & Steel Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明公开了一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，该发明属于铸造技术领域。采用的加工工艺为：铸造毛坯—再结晶退火处理—车外圆—镗内孔—表面渗碳处理—淬火+中温回火处理—抛光。该方法制得的齿轮在铸造形状合理，组织粒度细，机械加工简单，经过热处理后的齿轮表面硬度高耐磨性好且抗弯曲能力强，疲劳轻度高，工作可靠性高，同时最后对齿轮进行抛光处理，抗腐蚀性强，发热少，有利于提高齿轮的使用寿命，由此该工艺加工得到的齿轮不仅表面的硬度高、抗疲劳性能相当好。

Description

一种12Cr2Ni4A合金结构钢及齿轮加工制造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，涉及齿轮及其合金结构钢。尤其是一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工制造方法。

背景技术

近年来，随着机械行业向轻量化、高性能和低成本的方向发展，对动态设计提出了更高的要求。而齿轮又是在各个行业几乎都有涉及，比如航空航天，矿山机械，船舶，石油机械等无处没有齿轮的应用，比如航空发动机是飞机的“心脏”，而齿轮是航空发动机中非常重要的一个零件，在航空发动机中起着能量和动力传递的关键作用。由于航空发动机中的齿轮运行是在高速、高压和高温状态下，工作条件恶劣，而碳素钢具有强度高、耐热性好和耐腐蚀等优点，被认为是航空发动机齿轮制造的理想材料之一；但是航空发动机碳素钢齿轮在锻造生产中，由于锻造温度高，设备载荷大，模具易变形和磨损，导致齿轮的尺寸精度降低，齿轮的性能难以保证；因此，在精锻碳素钢齿轮时，对模具的材料性能和强度要求高，这又增加了模具的制造成本，从而使碳素钢齿轮锻造的生产成本增加。如何降低碳素钢齿轮的锻造温度，提高碳素钢齿轮的尺寸精度和改善碳素钢齿轮的性能一直成为碳素钢齿轮锻造的一大难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工制造方法。

本发明设计了一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，其材料主要包括了下列元素的百分比含量：C0.78%-1.21%，Si1.23%-2.91%，Ti0.12%-0.25%，Mn0.25%-0.55%，Ni1.28%-2.97%，P<0.035%，S<0.034%, Cu<0.025%，Mg<0.023%。优选C0.79%-1.18%，Si1.25%-2.88%，Ti0.15%-0.35%，Mn0.27%-0.52%，Ni1.32%-2.67%，P<0.032%，S<0.037%,Cu<0.024%，Mg<0.028%。其加工工艺关键技术如下：（1）铸造成形：在此采用脱箱铸造，在可脱砂箱内造型，合型后浇注前将砂箱取走，型砂填充铸型周围，防止浇注时错型，该方法还节省了砂箱，使得砂箱得到重复使用，工艺流程为：制造模样和芯盒—混制型砂—混制芯砂造型—造芯—合型—浇注—落砂清理，浇注温度为：810-870℃，（2）对脱箱铸造的齿轮坯料进行等温退火，将毛坯加入高温炉中，加热为810℃-860℃，保温时间为3-5h，随炉冷却到700℃，保温5-8h，再空冷，（3）对等温退火后的齿轮进行粗车外圆，镗削内孔，在加工中引入冷却液，该冷却液为绿色环保液，保证齿轮和刀具散热合理，防止机械瘤的形成，车外圆加工余量为1.3-1.5mm，再进行精加工，加工精度为IT6-IT7，加工余量为0.65-0.73mm，表面粗糙度为Ra=0.8μm-1.6μm，（4）对机械加工后的齿轮进行表面渗氮处理，采用气体耐腐蚀渗氮法，即在渗碳炉中通入氨气，使其电离，氮、氢离子高速冲击零件表面，渗氮深度为0.5-0.8mm，（5）将经过渗氮处理的齿轮进行感应淬火处理，即齿轮放入感应器中，由电流的集夫效应，使零件由表面向内加热升温，使得表层一定深度组织转变为奥氏体，迅速冰冷，（6）对渗氮处理后的齿轮进行抛光处理，将齿轮放入激光水浴中，抛光38-55分钟，不仅提高了偏心套的表面质量而且还提高了销轴的尺寸精度和形状精度。

本发明优点在于由脱箱铸造得到的齿轮改善了材料的力学性能，该方法还节省了砂箱，使得砂箱得到重复使用，变形后金属具有再结晶组织而无加工硬化现象，此法能以较小的力达到较大变形，同时获得高力学性能的再结晶组织。而且经过机械加工后的渗氮处理和热处理使得齿轮的尺寸精度高，表面光洁，而且齿轮具有高的疲劳强度，并且改善了耐腐蚀性。通过渗氮处理，从而使得偏心套具有高的疲强度、耐磨性以及齿轮表面硬度，抗弯强度、耐磨性等得到提高，而且心部的柔韧性得到改善；对表面处理后的齿轮进行抛光处理，不仅提高了齿轮的表面质量而且还提高了齿轮的尺寸精度和形状精度。

具体实施方式

实施例一

一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，其材料主要包括了下列元素的百分比含量：C0.78%，Si1.23%，Ti0.12%，Mn0.25%，Ni1.28%，P<0.035%，S<0.034%,Cu<0.025%，Mg<0.023%。其加工工艺关键技术如下：（1）铸造成形：在此采用脱箱铸造，工艺流程为：制造模样和芯盒—混制型砂—混制芯砂造型—造芯—合型—浇注—落砂清理，浇注温度为：810℃，（2）等温退火，加热为820℃℃，保温时间为3h，随炉冷却到700℃，保温5h，再空冷，（3）粗车外圆，镗削内孔，车外圆加工余量为1.3mm，再进行精加工，加工精度为IT6，加工余量为0.65mm，表面粗糙度为Ra=0.8μm，（4）对机械加工后的齿轮进行表面渗氮处理，在渗碳炉中通入氨气，使其电离，氮、氢离子高速冲击零件表面，渗氮深度为0.5mm，（5）淬火处理，即齿轮放入感应器中，由电流的集夫效应，迅速冰冷，（6）对渗氮处理后的齿轮进行抛光处理，将齿轮放入激光水浴中，抛光38分钟。

实施例二

一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，其材料主要包括了下列元素的百分比含量：C1.18%，Si2.88%，Ti0.35%，Mn0.52%，Ni2.67%，P<0.032%，S<0.037%,Cu<0.024%，Mg<0.028%。其加工工艺关键技术如下：（1）铸造成形：在此采用脱箱铸造，工艺流程为：制造模样和芯盒—混制型砂—混制芯砂造型—造芯—合型—浇注—落砂清理，浇注温度为：820℃，（2）等温退火，加热为830℃℃，保温时间为4h，随炉冷却到700℃，保温6h，再空冷，（3）粗车外圆，镗削内孔，车外圆加工余量为1.4mm，再进行精加工，加工精度为IT6，加工余量为0.57mm，表面粗糙度为Ra=0.8μm，（4）对机械加工后的齿轮进行表面渗氮处理，在渗碳炉中通入氨气，使其电离，氮、氢离子高速冲击零件表面，渗氮深度为0.6mm，（5）淬火处理，即齿轮放入感应器中，由电流的集夫效应，迅速冰冷，（6）对渗氮处理后的齿轮进行抛光处理，将齿轮放入激光水浴中，抛光40分钟。

实施例三

一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，其材料主要包括了下列元素的百分比含量：C0.79%，Si1.89%，Ti0.22%，Mn0.29%，Ni1.32%，P<0.035%，S<0.034%,Cu<0.025%，Mg<0.023%。其加工工艺关键技术如下：（1）铸造成形：在此采用脱箱铸造，工艺流程为：制造模样和芯盒—混制型砂—混制芯砂造型—造芯—合型—浇注—落砂清理，浇注温度为：820℃，（2）等温退火，加热为840℃℃，保温时间为3.5h，随炉冷却到700℃，保温5.8h，再空冷，（3）粗车外圆，镗削内孔，车外圆加工余量为1.4mm，再进行精加工，加工精度为IT6，加工余量为0.71mm，表面粗糙度为Ra=1.2μm，（4）对机械加工后的齿轮进行表面渗氮处理，在渗碳炉中通入氨气，使其电离，氮、氢离子高速冲击零件表面，渗氮深度为0.62mm，（5）淬火处理，即齿轮放入感应器中，由电流的集夫效应，迅速冰冷，（6）对渗氮处理后的齿轮进行抛光处理，将齿轮放入激光水浴中，抛光45分钟。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种齿轮用材料12Cr2Ni4A合金结构钢，其特征在于包括了下列元素的百分比含量：C0.78%-1.21%，Si1.23%-2.91%，Ti0.12%-0.25%，Mn0.25%-0.55%，Ni1.28%-2.97%，P<0.035%，S<0.034%,Cu<0.025%，Mg<0.023%。

2.根据权利要求书1所述的12Cr2Ni4A合金结构钢，其特征在于：C0.79%-1.18%，Si1.25%-2.88%，Ti0.15%-0.35%，Mn0.27%-0.52%，Ni1.32%-2.67%，P<0.032%，S<0.037%,Cu<0.024%，Mg<0.028%。

3.根据权利要求1或者2所述的一种用12Cr2Ni4A合金结构钢为材料的齿轮加工方法，其特征在于：（1）铸造成形：在此采用脱箱铸造，在可脱砂箱内造型，合型后浇注前将砂箱取走，型砂填充铸型周围，防止浇注时错型，该方法还节省了砂箱，使得砂箱得到重复使用，工艺流程为：制造模样和芯盒—混制型砂—混制芯砂造型—造芯—合型—浇注—落砂清理，浇注温度为：810-870℃，（2）对脱箱铸造的齿轮坯料进行等温退火，将毛坯加入高温炉中，加热为810℃-860℃，保温时间为3-5h，随炉冷却到700℃，保温5-8h，再空冷，（3）对等温退火后的齿轮进行粗车外圆，镗削内孔，在加工中引入冷却液，该冷却液为绿色环保液，保证齿轮和刀具散热合理，防止机械瘤的形成，车外圆加工余量为1.3-1.5mm，再进行精加工，加工精度为IT6-IT7，加工余量为0.65-0.73mm，表面粗糙度为Ra=0.8μm-1.6μm，（4）对机械加工后的齿轮进行表面渗氮处理，采用气体耐腐蚀渗氮法，即在渗碳炉中通入氨气，使其电离，氮、氢离子高速冲击零件表面，渗氮深度为0.5-0.8mm，（5）将经过渗氮处理的齿轮进行感应淬火处理，即齿轮放入感应器中，由电流的集夫效应，使零件由表面向内加热升温，使得表层一定深度组织转变为奥氏体，迅速冰冷，（6）对渗氮处理后的齿轮进行抛光处理，将齿轮放入激光水浴中，抛光38-55分钟，不仅提高了偏心套的表面质量而且还提高了销轴的尺寸精度和形状精度。