CN105386044B - 一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法，通过改变传统的热处理工艺，将一次渗碳改为二次渗碳，并在第一次渗碳前的镀铜防护区由齿顶向与齿顶相连的两侧齿面部分外延等措施，最终使零件在热处理过程中，齿顶的渗碳层深度合格，不会出现齿顶过渗现象。本发明工艺技术合理，达到了理想的效果，保证了零件的正常使用要求。

Description

一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法
技术领域
本发明涉及一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法。
背景技术
通常情况下，齿形零件渗碳层深度与其模数存在着对应关系，渗碳层深度多在(0.15～0.25)m左右(m为齿轮的模数)。齿轮淬火后会发生脱碳、变形等问题，考虑到磨削修正齿形造成的渗碳层深度降低的因素，因此，实际有效渗碳层深度还需在原有产品设计给定的渗层深度基础上加上0.20～0.30mm左右。
小模数齿轮中，当齿顶宽度接近于齿高中部实际有效渗碳层深度的2倍时，由于靠近齿顶部分的齿面曲率大，渗碳过程中，渗碳速率会出现高于齿高中部及齿根圆角位置处的情况，即齿高中部渗碳层深度恰好合格时，两侧靠近齿顶部分的齿面渗碳层已经连在一起，致使该区域的碳浓度相对齿内高出许多，产生向齿内的碳浓度梯度扩散，最终齿顶完全渗碳。这种在保证齿高中部渗碳层深度指标时，齿顶的渗碳层深度超过了设计的指标情况，也就是俗称的过渗现象。一旦齿顶完全渗碳，发生过渗现象，齿顶耐冲击性能大幅下降，承受较大的冲击载荷时容易折齿，进而造成严重的事故。这类齿顶存在过渗现象的齿轮，我们称之为窄齿形零件。
窄齿形零件渗碳时，在控制齿高中部渗碳层深度的同时，设计也对齿顶的渗碳层深度控制提出了相应要求，以避免齿顶过渗。现有的工艺为防止齿顶完全渗碳(过渗)的发生，通常情况下，采取对齿面镀铜后、在可控气氛炉内齿面进行一次渗碳的方式加以解决，然而，这种方式并不能解决齿顶完全渗碳的问题。低压真空渗碳技术日趋成熟，提出了采用低压真空渗碳工艺来解决窄齿形零件齿顶完全渗碳的问题(齿顶同样镀铜防护)，但实验结果表明，该工艺只是相对减轻齿顶完全渗碳的程度，仍然无法解决齿顶完全渗碳的问题。
作为航空机械传动部件中重要的组成零件，窄齿形零件齿顶过渗后，会产生潜在的破坏性作用，一旦齿顶折断，直接影响传动部件的正常工作，甚至导致严重飞行事故的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法，可以使零件齿高中部符合设计要求时，齿顶的渗碳层厚度也满足要求，保证零件的正常使用。
本发明的技术方案是，所述的解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法包括以下步骤：
1.齿形零件加工齿形后，对齿顶、及与齿顶相连的两侧齿面部分镀铜防护，镀铜层厚度在1～5μm；
2.镀铜后，零件进行清洗，转入可控气氛热处理炉中；
3.可控气氛炉渗碳碳势设定为1.10～1.15，渗碳温度900±10℃，进行第一次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求时间的1/5～1/3，随后炉冷至810±10℃，保温30～100分钟后，进行油冷；
4.在高温回火炉内进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间为3～6小时后，然后空冷至室温，零件随后进行酸洗、去铜、烘干；
5.对零件齿顶镀铜，镀铜厚度为1～6μm，然后清洗，送入可控气氛炉内进行第二次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求的时间减去第一次渗碳时间；其它渗碳参数不变，渗碳结束后，零件炉冷至810±10℃，保温30分钟以上，进行油冷；
6.将零件进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间3～6小时，然后加热至810±10℃，保温30分钟后，进行油淬；
7.油淬后，零件迅速转移至冷处理装置中，在-180～-70℃冰冷1.5小时以上，随后在100～150℃低温回火1～4小时；
8.最终检验。
本发明改变了传统的热处理工艺，将一次渗碳改为二次渗碳，并在第一次渗碳前的镀铜防护区由齿顶向与齿顶相连的两侧齿面部分外延，延伸的齿面线占整个齿面线的0～1/3范围处，以1/5处为佳。第一次渗碳结束后，只保留齿顶镀铜层区，进行第二次渗碳，通过这种工艺，最终使零件在热处理过程中，齿顶的渗碳层深度合格，不会出现齿顶过渗现象。本发明工艺技术合理，达到了理想的效果，保证了零件的正常使用要求。本发明解决了18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗问题，齿顶的渗碳层深度减去磨削余量处于工艺要求的范围内。
具体实施方式
一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法，所述的方法包括以下步骤：
1.齿形零件加工齿形后，对齿顶、及与齿顶相连的两侧齿面部分镀铜防护，镀铜层厚度在1～5μm；
2.镀铜后，零件进行清洗，转入可控气氛热处理炉中；
3.可控气氛炉渗碳碳势设定为1.10～1.15，渗碳温度900±10℃，进行第一次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求时间的1/5～1/3，随后炉冷至810±10℃，保温30～100分钟后，进行油冷；
4.在高温回火炉内进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间为3～6小时后，然后空冷至室温，零件随后进行酸洗、去铜、烘干；
5.对零件齿顶镀铜，镀铜厚度为1～6μm，然后清洗，送入可控气氛炉内进行第二次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求的时间减去第一次渗碳时间；其它渗碳参数不变，渗碳结束后，零件炉冷至810±10℃，保温30分钟以上，进行油冷；
6.将零件进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间3～6小时，然后加热至810±10℃，保温30分钟后，进行油淬；
7.油淬后，零件迅速转移至冷处理装置中，在-180～-70℃冰冷1.5小时以上，随后在100～150℃低温回火1～4小时；
8.最终检验。
实施例
以材质为18CrNi4A、模数m＝2.822、齿数47个、压力角20o的齿轮为例。齿高中部的有效渗碳层深度要求在0.85～1.05mm、设计要求的齿顶有效渗碳层深度要求在0.85～1.05mm，其具体的渗碳步骤为:
1.齿形零件加工齿形后，对齿顶、及与齿顶相连的两侧齿面部分镀铜防护，镀铜层厚度在2μm；
2.镀铜后，零件进行清洗，转入可控气氛热处理炉中；
3.可控气氛炉渗碳碳势设定为1.10，渗碳温度900℃，第一次渗碳时间设定为1小时；渗碳结束后，待炉温冷至810℃，零件转入油中冷却；
4.在高温回火炉内进行回火，在高温回火炉在650℃高温回火4小时，然后空冷至室温，零件随后进行酸洗、去铜、烘干；
5.对零件齿顶镀铜，齿顶进行镀铜2μm，然后清洗，送入可控气氛炉内进行第二次渗碳，渗碳时间为传统渗碳总时间3小时40分减去新工艺第一次的渗碳时间1小时，实际第二次渗碳时间为2小时40分；其它渗碳参数不变；
6.将零件进行回火，回火温度为650℃，回火时间4小时，然后加热至810℃，保温1小时40分后，进行油淬；
7.油淬后，零件迅速转移至冷处理装置中，在-80℃冰冷2小时，随后在150℃低温回火1小时30分；
8.最终检验。
检验结果表明，齿高中部的渗碳层深度在1.05mm左右，齿顶渗碳层深度在1.2mm左右，去除0.2mm的磨削余量，齿顶剩余由于渗碳层深度为1.0mm，通过该工艺路线的调整，齿顶没有过渗现象发生，齿顶渗碳层深度合格。

Claims (1)

1.一种解决18CrNi4A材料窄齿形零件齿顶过渗的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)齿形零件加工齿形后，对齿顶、及与齿顶相连的两侧齿面部分镀铜防护，镀铜层厚度在1～5μm；
2)镀铜后，零件进行清洗，转入可控气氛热处理炉中；
3)可控气氛炉渗碳碳势设定为1.10～1.15，渗碳温度900±10℃，进行第一次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求时间的1/5～1/3，随后炉冷至810±10℃，保温30～100分钟后，进行油冷；
4)在高温回火炉内进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间为3～6小时后，然后空冷至室温，零件随后进行酸洗、去铜、烘干；
5)对零件齿顶镀铜，镀铜厚度为1～6μm，然后清洗，送入可控气氛炉内进行第二次渗碳，渗碳时间为采用一次渗碳使齿高中部渗碳层深度达到设计要求的时间减去第一次渗碳时间；其它渗碳参数不变，渗碳结束后，零件炉冷至810±10℃，保温30分钟以上，进行油冷；
6)将零件进行回火，回火温度为650±10℃，回火时间3～6小时，然后加热至810±10℃，保温30分钟后，进行油淬；
7)油淬后，零件迅速转移至冷处理装置中，在-180～-70℃冰冷1.5小时以上，随后在100～150℃低温回火1～4小时；
8)最终检验。
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