CN105154786A - 一种耐磨钒钛齿轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨钒钛齿轮及其制备方法，所述耐磨钒钛齿轮的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.18~0.33%，铬为2.3~3.8%，锰为0.3~0.5%，硅为0.17~0.25%，镍为3.8~4.2%，钨为1.0~1.8%，钒为1.10~2.15%，钛为1.48~2.57%，铜为0.21~0.34%，钼为1.3~2.1%，稀土为0.18~0.32%，硼为0.0018~0.0041%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质，经过下列工艺：预热处理→等温退火处理→第一次淬火→第一次回火→渗碳处理→高温回火→第二次淬火→第二次回火→喷丸处理，最终得到的齿轮具有高的耐磨性、抗疲劳强度、硬度等力学性能，综合性能优良，使用寿命更长，特别适用于高速、重载荷、受冲击力大、齿轮模数大于6的场合。

Description

一种耐磨钒钛齿轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮，特别是一种耐磨钒钛齿轮及其制备方法。

背景技术

大型渗碳齿轮通常采用低碳合金渗碳钢制造，齿轮毛坯一般需经过锻坯→预先热处理→切削加工→渗碳淬火→精加工等多道冷热加工工序，以获得较高的表面硬度和良好的心部韧性，使成品齿轮具有耐磨、耐疲劳、耐腐蚀等优良性能，但是，仍存在着硬度不高、耐磨性不强等缺点，导致在一些需要齿轮承受高负荷的地方，齿轮的使用寿命常常不如预期，怎么提高齿轮的工作寿命就成为了提高齿轮行业竞争力的短板，为此，即使牺牲成本来达到高的耐磨性和强的接触疲劳强度的目的也是有价值的。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种耐磨钒钛齿轮，在原有基础上，通过改变齿轮的化学组成和热处理工艺，从本质上改变齿轮的耐磨性、抗疲劳强度、硬度等力学性能，达到综合性能优良，使用寿命更长的目的。

本发明采用的技术方案如下：一种耐磨钒钛齿轮，所述耐磨钒钛齿轮的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.18~0.33%，铬为2.3~3.8%，硅为0.17~0.25%，锰为0.3~0.5%，镍为3.8~4.2%，钨为1.0~1.8%，钒为1.10~2.15%，钛为1.48~2.57%，铜为0.21~0.34%，钼为1.3~2.1%，稀土为0.18~0.32%，硼为0.0018~0.0041%，硫和磷的质量百分比不大于0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。

基于上述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤4、待碳含量达到0.18%~0.33%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼；

步骤5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮。

进一步，所述耐磨钒钛齿轮的热处理工艺包括以下步骤：

步骤1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1~2h，升温速率不大于30℃/s；

步骤2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至190~210℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到200~210℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.2~0.22mm/h，渗碳深度达到1.0~1.2mm，齿尖表面含碳量达到0.8~1.0%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到500~550℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到930~950℃，加热时间为1.5~2s，保温1min，然后于480~500℃的淬火油中油冷至480~500℃，再于230~250℃的淬火油中油冷至230~250℃，最后再水冷至室温；

步骤8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到180~200℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

进一步，所述耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤4、待碳含量达到0.18%~0.33%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼；

步骤5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮。

进一步，其热处理工艺为：

步骤1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1~2h，升温速率不大于30℃/s；

步骤2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至190~210℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到200~210℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.2~0.22mm/h，渗碳深度达到1.0~1.2mm，齿尖表面含碳量达到0.8~1.0%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到500~550℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到930~950℃，加热时间为1.5~2s，保温1min，然后于480~500℃的淬火油中油冷至480~500℃，再于230~250℃的淬火油中油冷至230~250℃，最后再水冷至室温；

步骤8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到180~200℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

进一步，所述耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

基于上述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法制得的耐磨钒钛齿轮，其组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.27%，铬为3.1%，锰为0.38%，硅为0.21%，镍为4.0%，钨为1.4%，钒为2.13%，钛为2.52%，铜为0.27%，钼为1.8%，稀土为0.25%，硼为0.0031%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。

本发明的耐磨钒钛齿轮的成分设计：

1、碳：齿轮的碳含量是指渗碳齿轮心部的含碳量，齿轮心部必须保证有很好的塑性和韧性，因此需采用低碳钢，但若含碳量过低，齿面的渗碳层易脱落，而且心部还必须具有强的硬度和强度，综合考虑，本发明的碳的含量在0.18~0.33%为宜。

2、镍和铬：镍能提高齿轮的强度，而又保持良好的塑性和韧性，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，镍和铬对酸碱都有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但由于镍价格较昂贵，不宜多加，应控制在3.8~4.2%，铬要降低塑性和韧性，应控制在2.3~3.8%。

3、钨：钨是本发明新增元素，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，能整体提高齿轮的耐磨性，但若钨含量过高，齿轮过硬，不仅影响后续的切削加工性能，还会使齿轮脆性断裂，钨含量应控制在1.0~1.8%。

4、钒和钛：钒和钛是本发明新增元素，钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力，但钒含量过高会增加钢的脆性，应控制在1.1~2.15%；钛能使齿轮的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，因此选择钛的含量为1.48~2.57%。

5、铜和钼：加铜的目的是提高齿轮的强度和韧性，但超过0.5%的铜会严重降低齿轮的塑性，容易产生热脆，添加量应控制在0.21~0.34%，加钼的目的是使齿轮的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，能提高机械性能。还可以抑制齿轮由于人处理而引起的脆性。

6、稀土和硼：稀土能净化钢液、改善铸态组织，高熔点的稀土化合物在钢液中形成固态质点，成为结晶核心，加快钢液的凝固速度.细化晶粒使铸态柱状晶变细枝间碳化物变小、改善碳化物不均匀性，有效改善铸造组织和冶金质量，提高钢的强韧性和耐磨性；齿轮中加入微量的硼就可改善齿轮的致密性和热轧性能，提高齿轮强度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、耐腐蚀性和抗氧化性强，抗弯强度和抗疲劳强度高。

通过向齿轮中加入合金元素镍和铬，能显著提高齿轮在复杂工作环境下的耐腐蚀和抗氧化性能，增强齿轮对环境的适应能力，而后续热处理得到的回火马氏体组织和颗粒碳化物，使齿轮具有优异的抗疲劳强度和抗弯强度，同时，通过喷丸处理，进一步增强了齿轮表面的抗疲劳强度。

2、齿面的硬度和耐磨性更高。

一方面，通过向齿轮中加入能提高齿轮耐磨性和硬度的有益元素，从齿轮材料本身上提高其耐磨性和硬度，如添加的铬元素、镍元素和钨元素，它们能大幅提高齿轮本身的耐磨性和硬度，使齿轮的力学性能提高一个台阶；另一方面，通过改善齿轮的热处理工艺来改变齿轮的组织形态，得到具有高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度的组织，使齿面的强度级别达到1300MPa以上。

3、心部的强度高，韧性好。

由于本发明的齿轮采用的是低碳渗碳钢，齿轮心部的含碳量为0.18~0.33%，具有很好的塑性和韧性，同时，由于合金元素的增强和热处理作用，心部的强度也得到了提高，使心部在提高强度的情况下，其还能保持良好的塑性和韧性。

4、通过具体步骤的局部热处理，使得特定部位有了特定的性能。

在热处理工艺中，通过对齿轮的齿部进行淬火加低温回火，改善齿部的综合性能，使之具有优良的性能；通过对齿轮的齿尖的渗碳处理加局部淬火后低温回火，显著提高了齿尖的综合力学性能，使齿尖具有良好的特定性能。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例一

1、一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤4、待碳含量达到0.18%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼，上述化学成份的质量百分比控制如下：碳为0.18%，铬为3.8%，锰为0.5%，硅为0.25%，镍为4.2%，钨为1.8%，钒为2.15%，钛为2.57%，铜为0.34%，钼为2.1%，稀土为0.32%，硼为0.0018%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质；

步骤5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮，结束。

2、耐磨钒钛齿轮加工成型后还需进行热处理，其热处理工艺为：

步骤1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1h，升温速率不大于30℃/s；

步骤2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至210℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到200℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.2mm/h，渗碳深度达到1.0mm，齿尖表面含碳量达到1.0%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到500℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到930℃，加热时间为2s，保温1min，然后于480℃的淬火油中油冷至480℃，再于230℃的淬火油中油冷至230℃，最后再水冷至室温；

步骤8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到200℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

按照以上步骤制得的耐磨钒钛齿轮，其强度级别达到1300MPa，屈服强度达到1050MPa，断后伸长率为10%，断面收缩率为48%，齿面硬度达到60~68HRC，心部硬度达到32~48HRC，特别适用于高速、重载荷、受冲击力大、齿轮模数大于6的场合。

实施例二

1、一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤4、待碳含量达到0.33%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼，上述化学成份的质量百分比控制如下：碳为0.33%，铬为2.3%，锰为0.3%，硅为0.17%，镍为3.8%，钨为1.0%，钒为1.1%，钛为1.48%，铜为0.21%，钼为1.3%，稀土为0.18%，硼为0.0041%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质；

步骤5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮，结束。

进一步，所述耐磨钒钛齿轮加工成型后还需进行热处理，其热处理工艺为：

步骤1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温2h，升温速率不大于30℃/s；

步骤2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至190℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到210℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.22mm/h，渗碳深度达到1.2mm，齿尖表面含碳量达到0.8%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到550℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到950℃，加热时间为1.5s，保温1min，然后于500℃的淬火油中油冷至500℃，再于250℃的淬火油中油冷至250℃，最后再水冷至室温；

步骤8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到180℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

按照以上步骤制得的耐磨钒钛齿轮，其强度级别达到1300MPa，屈服强度达到1050MPa，断后伸长率为10%，断面收缩率为48%，齿面硬度达到60~68HRC，心部硬度达到32~48HRC，特别适用于高速、重载荷、受冲击力大、齿轮模数大于6的场合。

实施例三

1、一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤4、待碳含量达到0.27%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼，上述化学成份的质量百分比控制如下：碳为0.27%，铬为3.1%，锰为0.38%，硅为0.21%，镍为4.0%，钨为1.4%，钒为2.13%，钛为2.52%，铜为0.27%，钼为1.8%，稀土为0.25%，硼为0.0031%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质；

步骤5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮，结束。

进一步，所述耐磨钒钛齿轮加工成型后还需进行热处理，其热处理工艺为：

步骤1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1.5h，升温速率不大于30℃/s；

步骤2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至200℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到203℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.21mm/h，渗碳深度达到1.1mm，齿尖表面含碳量达到0.9%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到530℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到935℃，加热时间为1.7s，保温1min，然后于485℃的淬火油中油冷至485℃，再于240℃的淬火油中油冷至240℃，最后再水冷至室温；

步骤8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到185℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

按照以上步骤制得的耐磨钒钛齿轮，其强度级别达到1300MPa，屈服强度达到1050MPa，断后伸长率为10%，断面收缩率为48%，齿面硬度达到60~68HRC，心部硬度达到32~48HRC，特别适用于高速、重载荷、受冲击力大、齿轮模数大于6的场合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐磨钒钛齿轮，其特征在于，所述耐磨钒钛齿轮的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.18~0.33%，铬为2.3~3.8%，硅为0.17~0.25%，锰为0.3~0.5%，镍为3.8~4.2%，钨为1.0~1.8%，钒为1.10~2.15%，钛为1.48~2.57%，铜为0.21~0.34%，钼为1.3~2.1%，稀土为0.18~0.32%，硼为0.0018~0.0041%，硫和磷的质量百分比不大于0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。

2.基于权利要求1所述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2-1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤2-2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤2-3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤2-4、待碳含量达到0.18%~0.33%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼；

步骤2-5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮。

3.如权利要求2所述的耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，所述耐磨钒钛齿轮的热处理工艺包括以下步骤：

步骤3-1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1~2h，升温速率不大于30℃/s；

步骤3-2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤3-3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至190~210℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤3-4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到200~210℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤3-5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.2~0.22mm/h，渗碳深度达到1.0~1.2mm，齿尖表面含碳量达到0.8~1.0%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤3-6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到500~550℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤3-7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到930~950℃，加热时间为1.5~2s，保温1min，然后于480~500℃的淬火油中油冷至480~500℃，再于230~250℃的淬火油中油冷至230~250℃，最后再水冷至室温；

步骤3-8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到180~200℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

4.如权利要求3所述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，所述耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

5.一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤5-1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550℃左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；

步骤5-2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到1600℃左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁、锰铁、铜铁、钼铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、铜含量、钼含量和镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600℃左右，保持10min；

步骤5-3、待步骤3结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在1700℃，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；

步骤5-4、待碳含量达到0.18%~0.33%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温15min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土和硼；

步骤5-5、冶炼过后的钢包经浇铸成型，锻造加工后，通过车床加工成齿轮。

6.如权利要求5所述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法，其特征在于，其热处理工艺为：

步骤6-1、预热处理：将加工好的齿轮放入加热炉中预热，加热温度到350℃，并保温1h，升温速率不大于20℃/s，然后再加热到650℃，保温1~2h，升温速率不大于30℃/s；

步骤6-2、等温退火处理：将预热好的齿轮升温至900℃，升温速率控制在70℃/min，保温40min，然后水冷至650℃，保温4h，然后再空冷至室温；

步骤6-3、第一次淬火：等温退火处理完成后，将齿轮的齿部置于盐炉中加热到900℃，升温速率大于100℃/s，保温1min，然后预冷到820℃，再油冷至190~210℃，保温30min，最后空冷至室温；

步骤6-4、第一次回火：第一次淬火完成后，将齿轮加热到200~210℃回火，保温1h，再空冷至室温；

步骤6-5、渗碳处理：将第一次回火处理后的齿轮放入渗碳炉中，加热至920℃，对齿轮的齿尖进行渗碳处理，渗碳速度保持在0.2~0.22mm/h，渗碳深度达到1.0~1.2mm，齿尖表面含碳量达到0.8~1.0%，渗碳达到预定要求后，空冷至室温；

步骤6-6、高温回火：将渗碳处理后的齿轮加热到500~550℃高温回火，保温20min，空冷至室温；

步骤6-7、第二次淬火：待第一次回火完成后，用高频淬火感应线圈对齿轮的齿根进行局部加热，加热温度到930~950℃，加热时间为1.5~2s，保温1min，然后于480~500℃的淬火油中油冷至480~500℃，再于230~250℃的淬火油中油冷至230~250℃，最后再水冷至室温；

步骤6-8、第二次回火：待第二次淬火完成后，将齿轮加热到180~200℃回火，保温4h，然后空冷至室温。

7.如权利要求6所述的一种耐磨齿轮的制备方法，其特征在于，所述耐磨钒钛齿轮热处理完后，还需进行喷丸处理。

8.基于权利要求5~7所述的一种耐磨钒钛齿轮的制备方法制得的耐磨钒钛齿轮，其特征在于，其组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.27%，铬为3.1%，锰为0.38%，硅为0.21%，镍为4.0%，钨为1.4%，钒为2.13%，钛为2.52%，铜为0.27%，钼为1.8%，稀土为0.25%，硼为0.0031%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。