CN104630791B - 大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，包括如下步骤：一次强渗；一次扩散；二次强渗；二次扩散；降温；淬火；清洗；回火；出炉空冷。本发明的齿轮类零件深层渗碳热处理方法采用了多段式升温变碳势法，该方法能有效解决齿轮表面渗碳层易产生大块状、网状碳化物的问题，获得弥散分布的细粒状碳化物，改善齿轮表面的金相组织，提高齿轮的齿面硬度和耐磨性，同时也能获得高的渗碳速度，缩短热处理时间，降低能耗，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁工件的深层渗碳热处理方法技术，特别涉及一种大型重载齿轮深层渗碳方法，属于热处理技术领域。
背景技术
齿轮零件为获得一定的强度、韧性和耐磨性，需进行调质、渗碳淬火、回火等一系列热处理。大型重载齿轮尺寸大，承载重，冲击力强，安全性能要求高，使用时要求有优良的表面硬度、耐磨性能和抗过载能力，因此既要求齿轮齿面的硬化层深较深，而且要求齿轮表面的金相组织良好。
目前，大型重载齿轮的深层渗碳方法基本采用两段式渗碳，如图2所示，即为恒温降碳势方法，该方法的强渗碳势高，炉内易沉积大量碳黑，在渗碳温度下会导致炉内碳势波动，对碳势控制造成很大困难。同时，该方法强渗时间长，且处在同一温度，由于钢中的Cr、Mo、Ti、W等碳化物形成元素会与碳形成稳定的合金碳化物，吸碳能力强，使渗碳层碳浓度升高，不利于碳元素的扩散，渗碳层浓度梯度变陡，易出现大块状、网状碳化物，破坏了基体组织的连续性，严重影响了渗碳层质量，使齿轮在后续磨削加工过程中易产生磨削裂纹，并使齿轮在周期性接触应力作用下易于疲劳，形成麻点和表层剥落。
目前，大型重载齿轮的深层渗碳方法也有少数采用恒温变碳势多段式渗碳或者降温变碳势多段式渗碳，该方法能有效的缩短渗碳时间，节能减排，但对渗碳层中大块状、网状碳化物的改善仍存在一些问题。
为了解决上述技术问题，有必要新开发一种新的大型重载齿轮的深层渗碳热处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的大型重载齿轮深层渗碳方法时间长，能耗高，齿轮表面渗碳层易产生大块状、网状碳化物的问题，提供一种优化的大型重载齿轮的深层渗碳热处理方法。该新方法能消除有害碳化物，获得弥散分布的细粒状碳化物，并获得高的渗碳速度，缩短方法时间，降低能耗，提高生产效率。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：
一种大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，包括如下步骤：
S1、加热步骤，将大型重载齿轮零件置于渗碳炉内加热至910±10℃；
S2、第一强渗扩散步骤，炉温维持在910±10℃，控制第一扩散阶段碳势小于第一强渗阶段碳势，控制第一扩散阶段时间大于第一渗碳阶段时间；
S3、升温步骤，加热提高炉温至930±10℃；
S4、第二强渗扩散步骤，炉温维持在930±10℃，控制第二扩散阶段碳势小于第二强渗阶段碳势，控制第二扩散阶段时间大于第二渗碳阶段时间；所述第二渗碳阶段时间大于所述第一渗碳阶段时间；
S5、降温步骤，降低炉温，齿轮零件随炉降温降至840±10℃，保温时间为1-2小时，降温过程中维持炉内碳势，使其等于第二扩散阶段碳势；
S6、淬火步骤，将齿轮零件在840±10℃进行油淬，淬火油温度为65-95℃；
S7、低温回火步骤，将齿轮零件放在回火炉中加热至180-220℃进行低温回火，保温时间为2-3小时；然后出炉空冷至室温。
优选的，所述的第一强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，
S21、第一渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次强渗，炉温维持在910±10℃，保温时间为5-6小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；
S22、第一扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次扩散，炉温维持在910±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%。
优选的，所述的第二强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，
S41、第二渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次强渗，炉温维持在930±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；
S41、第二扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次扩散，炉温维持在930±10℃，保温时间为7-8小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%。
优选的，所述第一强渗阶段碳势等于第二强渗阶段碳势，所述第一扩散阶段碳势等于第二强渗阶段碳势。
优选的，所述淬火步骤和低温回火步骤之间还包括清洗步骤，清洗去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在50-60℃。
优选的，所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中采用的渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或多种。
优选的，所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中，所述碳势通过调节渗碳剂流量来控制。
本发明的技术效果显著，具体体现为：本发明的齿轮类零件深层渗碳热处理方法采用了多段式升温变碳势法，相比于传统的恒温变碳势渗碳方法或者多段式降温变碳势渗碳方法，该方法采用两段式强渗、扩散渗碳，扩散时间长于强渗时间，第二次渗碳的温度高于第一次渗碳的温度，第二次渗碳的时间长于第一次渗碳的时间。因为在同一温度下，强渗过程中进入工件的碳量如果扩散时间短，来不及向内部扩散的碳就会聚集形成富碳区，使渗层奥氏体的碳含量增高，形成大尺寸的碳化物，并且由于碳的不断渗入，会逐渐长大。在冷却过程中，由于奥氏体的碳固溶量随温度的降低而减小，碳的过饱和度升高，过量的碳会沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物。富碳区中碳渗入钢中的最大速度受碳在奥氏体中扩散速度的限制，而这种扩散速度与温度成正比例关系。因此，该方法通过长的扩散时间和高的第二次渗碳温度，使强渗段和第一次渗碳段的富碳区的碳逐渐向深层推移，从而有效的平缓了渗碳层的碳浓度梯度，这样就有效降低了齿轮表面渗碳层易的大块状、网状碳化物，获得细粒状碳化物，改善齿轮表面的金相组织，提高齿轮的齿面硬度和耐磨性，同时也能获得高的渗碳速度，缩短热处理时间，降低能耗，提高生产效率。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为本发明对大型重载齿轮的深层渗碳方法示意图；
图2为现有技术对大型重载齿轮的深层渗碳方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明揭示了一种大型重载齿轮多段式深层渗碳方法，如图1所示，包括如下步骤：
1）将大型重载齿轮零件置于渗碳炉内加热至910±10℃；
2）在渗碳炉内对齿轮零件进行渗碳的第一次强渗，炉温维持在910±10℃，保温时间为5-6小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；
3）在渗碳炉内对齿轮零件进行渗碳的第一次扩散，炉温维持在910±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%；
4）加热提高炉温至930±10℃；
5）在渗碳炉内对齿轮零件进行渗碳的第二次强渗，炉温维持在930±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；
6）在渗碳炉内对齿轮零件进行渗碳的第二次扩散，炉温维持在930±10℃，保温时间为7-8小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%；
7）齿轮零件随炉降温至840±10℃，保温时间为1-2小时，降温过程中维持炉内碳势CP为0.75±0.05C%；
8）将齿轮零件在840±10℃进行油淬，淬火油温度为65-95℃；
9）清洗去除齿轮零部件表面油渍，清洗液温度控制在50-60℃；
10）将齿轮零件在180-220℃进行低温回火，保温时间为2-3小时；
11）取出齿轮零部件，出炉空冷至室温。
本发明中，所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中采用的渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或多种，或其他。所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中，所述碳势通过调节渗碳剂流量来控制。清洗液采用的是常规技术，例如煤油。
本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、加热步骤，将大型重载齿轮零件置于渗碳炉内加热至910±10℃；
S2、第一强渗扩散步骤，炉温维持在910±10℃，控制第一扩散阶段碳势小于第一强渗阶段碳势，控制第一扩散阶段时间大于第一渗碳阶段时间；
S3、升温步骤，加热提高炉温至930±10℃；
S4、第二强渗扩散步骤，炉温维持在930±10℃，控制第二扩散阶段碳势小于第二强渗阶段碳势，控制第二扩散阶段时间大于第二渗碳阶段时间；所述第二渗碳阶段时间大于所述第一渗碳阶段时间；
S5、降温步骤，降低炉温，齿轮零件随炉降温降至840±10℃，保温时间为1-2小时，降温过程中维持炉内碳势，使其等于第二扩散阶段碳势；
S6、淬火步骤，将齿轮零件在840±10℃进行油淬，淬火油温度为65-95℃；
S7、低温回火步骤，将齿轮零件放在回火炉中加热至180-220℃进行低温回火，保温时间为2-3小时；然后出炉空冷至室温；
所述的第一强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，
S21、第一渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次强渗，炉温维持在910±10℃，保温时间为5-6小时，控制碳势Cp为1.15±0.05C％；
S22、第一扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次扩散，炉温维持在910±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势Cp为0.75±0.05C％；
所述的第二强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，
S41、第二渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次强渗，炉温维持在930±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势Cp为1.15±0.05C％；
S41、第二扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次扩散，炉温维持在930±10℃，保温时间为7-8小时，控制碳势Cp为0.75±0.05C％。
2.根据权利要求1所述的大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，其特征在于：所述第一强渗阶段碳势等于第二强渗阶段碳势，所述第一扩散阶段碳势等于第二扩散阶段碳势。
3.根据权利要求1所述的大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，其特征在于：所述淬火步骤和低温回火步骤之间还包括清洗步骤，清洗去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在50-60℃。
4.根据权利要求1所述的大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，其特征在于：所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中采用的渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，其特征在于：所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中，所述碳势通过调节渗碳剂流量来控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 213011 Wuyi Road, Qishuyan District, Jiangsu, China, No. 258, No. Applicant after: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 213011 Wuyi Road, Qishuyan District, Jiangsu, China, No. 258, No. Applicant before: CSR QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 213011 258 Wuyi Road, Qishuyan District, Changzhou, Jiangsu Patentee after: CRRC Qishuyan Locomotive and Rolling Stock Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 213011 258 Wuyi Road, Qishuyan District, Changzhou, Jiangsu Patentee before: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |