CN105002507A - 一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法，涉及金属材料领域。其加工工艺为：锻坯粗车-等温正火-精车-滚花键-滚齿-齿廓倒棱-轴向剃齿--气体碳氮共渗-高温回火-淬火-回火抛丸-研磨中心孔-靠磨端面；等温正火温度950-970℃，淬火温度800-830℃；渗碳温度870℃-890℃，扩散期，碳、氮含量分别降到0.7%C-08%、12%-20%，并保持110—130分钟，渗碳后工件随炉缓冷3.5-4小时再出炉空冷，经过自然时效处理后，再进行后续加工。本发明剃齿加工容易，剃齿刀磨损减少，刀具使用寿命长，成本低；齿轮耐磨、抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能高，可有效承受重载、冲击和复杂应力要求。

Description

一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体是一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法。

背景技术

对于承受重载、冲击和复杂应力的齿轮，要求具有耐磨、抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能。目前，在高参数硬齿面齿轮制造中，渗碳淬火处理是最主要的表面强化方式。但其存在的突出问题是齿轮的畸变。齿轮的畸变不仅使后续的磨削量增加，增高生产成本，而且还影响齿轮的承载能力和使用性能。因此，在上世纪初，德国科学家采用高Ni合金钢生产高负荷齿轮。随着世界性节能浪潮的推动和新工艺的不断采用，材料潜力逐渐被发掘出来。多种含Ni材料应运而生，而经过试验验证，17CrNiMo6材料由于良好的综合性能在逐渐被广泛应用。

17CrNiMo6材料为德国标准材料，近两年引进于国内机械加工行业。在制作重型机械齿轮锻件中应用较为广泛。17CrNiMo6合金钢的化学成分如下：碳（C）：0.15-0.20；硅（Si）：≤0.40；锰（Mn）：0.40-0.60；硫（S）：≤0.035；磷（P）：≤0.035；铬（Cr）：1.50-1.80；镍（Ni）：1.40-1.70；钼（Mo）：0.25-0.35。

现有齿轮，技术要求热处理：淬火，低温回火，表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。由于零件外形特殊，头部有凹槽，中间有颈，头尾两端大小不一致，按照普通加工工艺进行热处理，其变形量大，故采用以下加工工艺路线：锻坯粗车-等温正火-精车-滚花键-滚齿-齿廓倒棱-渗碳、高温回火-轴向剃齿-淬火-回火抛丸-研磨中心孔-靠磨端面。为保证达到技术要求的热处理效果，分三步进行：①预备热处理：等温正火，硬度HB170-200；②中间热处理：渗碳、高温回火，硬度HB170-210；③最终热处理：淬火、低温回火，表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。

据此工艺，等温正火温度为900℃，淬火温度为800℃，采用渗碳处理。等温正火后工件硬度范围在HB170-185，处于技术要求中下限。在最终热处理后发现，工件外表面形成一种含下贝氏体及马氏体的复合网状碳化物，这种物质经抛丸处理不易去除，花键部位齿形、齿向及公法线变形量均一致增大0.02mm，制齿部位齿形、齿向及公法线变形量呈“八”字形状且增大，致使在后续加工过程中出现剃齿难以完成、剃齿刀磨损较快以及剃后工件齿面有黑皮等问题。而且，在后续磨削加工中频频出现磨削裂纹。产生以上结果的原因主要是渗层在冷却过程中产生不均匀相变。而相变受下述四个因素影响：

1、 渗碳温度的影响

由于碳在铁素体中的溶解度较小（最高约为0.025%），而在奥氏体状态下，渗碳温度越高，碳在其中的扩散系数越大，即渗碳速度越大。但温度不宜过高，否则渗碳设备使用寿命显著下降或损坏，而且温度过高时间过长会造成渗层组织粗大，碳化物级别超差，工件畸变加大等缺陷。

2、碳浓度的影响

缓冷裂纹与渗碳时的碳势有关。

在渗碳初期，由于工件表面穷碳，接受活性碳原子的能力很强，渗碳速度较快，此时炉内碳势较低，需要向炉内通过大量的渗剂，以维持炉内的碳势，具体还与装炉量有关，此时如果不能及时补充渗剂，可能造成渗碳时间过长，碳浓度分布曲线下凹等缺陷，但也不能过强，否则可能出现大量网状碳化物而无法消除。

当工件表面含碳量不断升高，碳势不断建立的情况下，应逐步减少渗剂的加入，渗碳进入扩散阶段，如果此时仍保持大剂量的渗剂，就要形成表面网状碳化物，使渗层的强度下降，脆性增加，尤其是抗拉强度的下降，对防止出现缓冷裂纹相当不利。

3、渗碳时间的影响

当渗碳温度、碳势确定以后，渗碳时间主要取决于有效硬化层深度，渗碳时间越长，硬化层越深，反之越浅。对于17CrNiMo6钢硬化层在10-15μm的工件，如果扩散期控制不好，时间过短，有可能造成渗层碳浓度分布曲线过陡，在以后的缓冷过程中，形成缓冷裂纹。

4、缓冷速度的影响

缓冷一般是在冷却井中进行的，其冷却速度应比空冷更加缓慢，以便尽可能得到较平衡的组织。如果由于某种原因，使缓冷速度相当于空冷速度，结果就要出现缓冷裂纹。分析结果也表明，当渗碳层表面的含碳量达到共析成分以上时，渗层的淬透性不完全相同，在特定的缓冷速度下，发生不均匀相变，中间层的马氏体比容较大，使表面受拉应力，由于表层有恶化，承受不了大的拉力而开裂。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法，可以有效避免齿轮外表面形成网状碳化物，使齿轮经热处理、后续加工过程后达到技术标准要求。

为实现上述目的，本发明的热处理工艺方法为：锻坯粗车-等温正火-精车-滚花键-滚齿-齿廓倒棱-轴向剃齿--气体碳氮共渗-高温回火-淬火-回火抛丸-研磨中心孔-靠磨端面。

 所述等温正火温度控制在950-970℃，淬火温度为800--830℃。

所述气体碳氮共渗时将碳、氮气体冲入，渗碳温度控制在870℃-890℃，在扩散期，将碳含量降到0.7%C-08%、氮含量降到12%-20%，并保持110—130分钟，渗碳后工件随炉缓冷3.5-4小时再出炉空冷，经过自然时效处理后，再进行后续加工。

本发明与现有技术相比，热处理后剃齿加工容易，剃齿刀磨损减少，增加刀具使用寿命，降低磨刀成本；齿轮的耐磨、抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能有大幅度提高，可有效承受重载、冲击和复杂应力要求。

具体实施方式

本发明的热处理工艺方法为：锻坯粗车-等温正火-精车-滚花键-滚齿-齿廓倒棱-轴向剃齿--气体碳氮共渗-高温回火-淬火-回火抛丸-研磨中心孔-靠磨端面。本发明的等温正火温度控制在950-970℃，淬火温度为800℃-830℃，并采用气体碳氮共渗后高温回火这种热处理方式。本发明在提高等温正火温度后，实际出炉工件硬度为HB190-200，符合技术要求。且在此硬度下，后续精加工工件表面质量更好。通过加大温差，可以增加过冷度，使晶粒细化，金相组织更好。而且，等温正火的温度控制得当，一则，大大降低了工件在后续加工中的变形量，可改善此材料的切削加工性；二则，使材料内部应力分布均匀，利于后续热处理，减小热处理变形量。

通过现有技术对影响相变的四个相关因素的分析以及试验期工件的实际热处理质量可知，为减少相变，首先，渗碳温度应控制在870℃-890℃左右。由于钢的塑性强度随温度的升高而降低，温度越高，工件的蠕变倾向越大，而且渗碳温度影响奥氏体晶粒度，渗碳温度越高，奥氏体晶粒越大，工件畸变越大。经过试验验证，渗碳温度控制在880℃左右为宜。再则，要避免渗层中产生大量网状碳化物。对于17CrNiMo6这种含Cr、Mo强碳化物形成元素的钢，渗碳时碳势不能过高，尤其是到了扩散期，一定要把碳含量降到0.7-0.8%，氮含量降到12%-20%，并保持110-130分钟时间，防止产生碳化物，渗碳时间过长或过短，对工件质量均有影响。渗碳后工件随炉缓冷3.5-4小时再出炉空冷，经过自然时效处理后，再进行后续加工。

本发明采用气体碳氮共渗的共渗层比纯渗碳层硬度高，耐磨性、抗蚀性和疲劳强度更好；比纯渗氮层深度大，表面脆性小而抗压强度高；碳氮共渗速度快，生产率高，变形开裂倾向小。

Claims (3)

1.一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法，其特征在于：其热处理工艺方法为：锻坯粗车-等温正火-精车-滚花键-滚齿-齿廓倒棱-轴向剃齿--气体碳氮共渗-高温回火-淬火-回火抛丸-研磨中心孔-靠磨端面。

2.根据权利要求1所述的一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法，其特征在于：所述等温正火温度控制在950-970℃，淬火温度为800--830℃。

3.根据权利要求1所述的一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法，其特征在于：所述气体碳氮共渗时将碳、氮气体冲入，渗碳温度控制在870℃-890℃，在扩散期，将碳含量降到0.7%C-08%、氮含量降到12%-20%，并保持110—130分钟，渗碳后工件随炉缓冷3.5-4小时再出炉空冷，经过自然时效处理后，再进行后续加工。