CN104593783B - 一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，属于热处理技术领域。本发明采用550~600℃的温度进炉，控制增温速度为50~60℃/h，将大直径环件加热到900~920℃进行乙炔渗碳；乙炔渗碳结束后进行分段加热，第一段随炉升温至600~650℃，保温h1分钟，第二段加热至940~1010℃，保温h2分钟；以不大于105Pa的充气压力向真空气淬炉内充入氮气，将环件快速冷却至低于240℃；将环件置于控冷装置中，控制环件旋转，同时在环件表面涂覆纳米陶瓷涂层，在冷却过程中测量环件表面温度，当环件表面温度低于150℃时出炉空冷至室温。本发明通过对大直径环件热处理工艺的改进，有效改善了大直径环件失圆变形问题，提高了生产合格率。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，更具体地说，涉及一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法。
背景技术
环件是指如轴承环、齿轮环、法兰环和轮箍等无缝环形零件，其在机械、汽车、航空航天、石油化工等领域均有广泛应用。大直径环件由于其径大壁薄，使用传统渗碳气淬热处理工艺容易导致其失圆变形需后期修正，严重时也可能导致直接报废。如何改善大直径环件的失圆变形问题，是对其进行热处理的一大难点。
经检索，中国专利号ZL201110388059.9，授权公告日为2013年12月18日，发明创造名称为：汽车驱动桥内齿圈热处理工艺，该申请案包括碳氮共渗→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圆变形超差问题，提高了热处理的产品合格率，该申请案较适用于重型载重汽车用驱动桥内齿圈的热处理。但该申请案工艺较为复杂，制造成本较高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服传统渗碳气淬热处理工艺制备的大直径环件失圆变形大，合格率偏低的不足，提供了一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法；本发明通过对大直径环件热处理工艺的改进，有效改善了大直径环件失圆变形问题，提高了生产合格率。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，其步骤为：
步骤一、控制真空气淬炉内真空度不小于10-3Pa，采用550~600℃的初始温度进炉，控制增温速度为50~60℃/h，将待处理大直径环件加热到900~920℃进行乙炔渗碳；
步骤二、乙炔渗碳结束后进行分段加热，第一段随炉升温至600~650℃，保温h1分钟，第二段加热至940~1010℃，保温h2分钟；其中：
h1=20+K1D
h2=25+K1D
式中，D为环件厚度，mm；K1为保温系数，min/mm；当环件厚度小于等于100mm时，K1取0.15，当环件厚度大于100mm时，K1取0.25；
步骤三、以不大于105Pa的充气压力向所述真空气淬炉内充入氮气，将环件快速冷却至低于240℃；
步骤四、将步骤三所得环件置于控冷装置中，控制环件旋转，同时在环件表面涂覆纳米陶瓷涂层，在冷却过程中测量环件表面温度，当环件表面温度低于150℃时出炉空冷至室温。
更进一步地，步骤四中环件旋转速度与环件厚度之间满足：
N=K2/D
式中，N为环件旋转速度，r/min；K2为旋转系数，当环件厚度小于等于100mm时，K2取6000 mm.r/min，当环件厚度大于100mm时，K2取4000 mm.r/min。
更进一步地，步骤四中纳米陶瓷涂层的厚度为1~2mm，导热系数小于0.15W/m.k。
更进一步地，步骤一控制真空气淬炉内真空度为10-3Pa，采用580℃的初始温度进炉，控制增温速度为55℃/h，将待处理大直径环件加热到910℃进行乙炔渗碳。
更进一步地，步骤二中第一段随炉升温至625℃，第二段加热至980℃。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，对大直径环件进行两段加热，并根据大直径环件的具体情况设置保温时间，缩小大直径环件内部与外部温度差，减小热应力和相变应力，以到达减小大直径环件变形的目的，热处理步骤简单、投入成本低、易于控制；
（2）本发明的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，通过对热处理工艺的改进，有效改善了大直径环件失圆变形问题，提高了产品合格率。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例鉴于热处理温度过高将会引起晶粒过分长大，降低塑性。而温度过低，又不能获得完全再结晶组织，达不到消除加工应力的目的。冷却速度过快，容易造成温差应力，引起开裂。冷却速度过慢，又将造成时效硬化，增加下道次加工的难度。从减小大直径环件失圆变形的角度出发，设计了一种步骤简单、投入成本低且易于控制的热处理方法。具体步骤为：
步骤一、控制真空气淬炉内真空度为10-3Pa，采用580℃的初始温度进炉，控制增温速度为55℃/h，将待处理大直径环件加热到910℃进行乙炔渗碳。
步骤二、乙炔渗碳结束后进行分段加热，第一段随炉升温至625℃，保温h1分钟，第二段加热至980℃，保温h2分钟；其中：
h1=20+K1D
h2=25+K1D
式中，D为环件厚度，mm；K1为保温系数，min/mm；当环件厚度小于等于100mm时，K1取0.15，当环件厚度大于100mm时，K1取0.25。
本实施例设计根据大直径环件的厚度来设置保温时间，是为了最有效地缩小环件内部与外部温度差，减小热应力和相变应力，以到达减小大直径环件变形的目的。此外，根据长期的生产实践与多次尝试，发明人总结出采用两段加热的方式已能够很好的达到缩小温差的目的。
步骤三、以不大于105Pa的充气压力向所述真空气淬炉内充入氮气，将环件快速冷却至低于240℃。
步骤四、将步骤三所得环件置于控冷装置中，控制环件旋转，环件旋转速度与环件厚度之间满足：
N=K2/D
式中，N为环件旋转速度，r/min；K2为旋转系数，当环件厚度小于等于100mm时，K2取6000 mm.r/min，当环件厚度大于100mm时，K2取4000 mm.r/min。本实施例在环件冷却过程中控制环件旋转并限定不同环件厚度对应的旋转速度，有利于不同厚度的环件冷却均匀，进而可以提高环件硬度的均匀性。此外，本实施例在环件旋转冷却的同时在环件表面涂覆纳米陶瓷涂层，其目的主要在于在环件冷却的最后阶段适当降低其冷却速度，以增加其韧性，延长其使用寿命。发明人通过长期的生产实践确定涂覆纳米陶瓷涂层的厚度在1~2mm范围内较适宜，在该范围内能够确保纳米陶瓷涂层不起皮、不开裂，具体到本实施例设置涂覆纳米陶瓷涂层的厚度为1mm，该厚度下纳米陶瓷涂层的导热系数为0.15W/m.k。在冷却过程中测量环件表面温度，当环件表面温度低于150℃时出炉空冷至室温。
实施例2
本实施例的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例步骤一采用550℃的初始温度进炉，控制增温速度为50℃/h，将待处理大直径环件加热到900℃进行乙炔渗碳。步骤二中第一段随炉升温至600℃，第二段加热至940℃。步骤四所用的纳米陶瓷涂层的厚度为2mm。
实施例3
本实施例的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例步骤一采用600℃的初始温度进炉，控制增温速度为60℃/h，将待处理大直径环件加热到920℃进行乙炔渗碳。步骤二中第一段随炉升温至650℃，第二段加热至1010℃。步骤四所用的纳米陶瓷涂层的厚度为1.5mm。
实施例1~3所述的一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，热处理步骤简单、投入成本低、易于控制，通过对热处理工艺的改进，有效改善了大直径环件失圆变形问题，成品环件检测30件，尺寸合格率98％。
Claims (1)
1.一种减小大直径环件失圆变形的热处理方法，其步骤为：
步骤一、控制真空气淬炉内真空度不小于10-3Pa，采用580℃的初始温度进炉，控制增温速度为55℃/h，将待处理大直径环件加热到910℃进行乙炔渗碳；
步骤二、乙炔渗碳结束后进行分段加热，第一段随炉升温至625℃，保温h1分钟，第二段加热至980℃，保温h2分钟；其中：
h1＝20+K1D
h2＝25+K1D
式中，D为环件厚度，mm；K1为保温系数，min/mm；当环件厚度小于等于100mm时，K1取0.15，当环件厚度大于100mm时，K1取0.25；
步骤三、以不大于105Pa的充气压力向所述真空气淬炉内充入氮气，将环件快速冷却至低于240℃；
步骤四、将步骤三所得环件置于控冷装置中，控制环件旋转，环件旋转速度与环件厚度之间满足：
N＝K2/D
式中，N为环件旋转速度，r/min；K2为旋转系数，当环件厚度小于等于100mm时，K2取6000mm.r/min，当环件厚度大于100mm时，K2取4000mm.r/min；
同时在环件表面涂覆纳米陶瓷涂层，纳米陶瓷涂层的厚度为1～2mm，导热系数小于0.15W/m.k，在冷却过程中测量环件表面温度，当环件表面温度低于150℃时出炉空冷至室温。
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