CN106514165A - 一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法 - Google Patents
一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法。包括备料→粗车→固溶处理→精车→滚齿→沉淀硬化→磨齿→喷砂→氮化→检→入库工序。本发明是在沉淀硬化处理后增加一道辉光离子氮化处理工序。本发明的方法所采用的工艺可节约能源；可有效提高05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理的扩散层、硬度的稳定性；很好的解决了目前产品合格率低、疲劳性能不足的技术问题。零件的耐磨性得到了明显提高，延长了零件的使用寿命和运行的可靠性，克服了现有技术的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
辉光离子氮化处理是近年来发展起来的一种新型离子轰击化学热处理方法，应用领域较为广泛，它具有高效率、高耐磨性、节约能源、低劳动强度、对环境污染少等特点。05Cr17Ni4Cu4Nb材料属于沉淀硬化型钢种，该材料具有良好的力学机械性能，广泛的应用于航空领域，随着对各领域的深入，对零件的使用寿命都有了更高的需求，在某些领域该材料的疲劳寿命不足是一个主要问题，氮化可以明显提高材料的疲劳性能，促使氮化件的使用寿命能有较大的提高。但是，该材料在氮化过程中，难以稳定的获得氮化物，出现扩散层和硬度不均匀等现象，对提高产品的使用寿命和合格率形成瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法，以提高05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理的扩散层、硬度的稳定性，从而解决目前产品合格率低、疲劳性能不足的现象。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法为，该方法包括备料→粗车→固溶处理→精车→滚齿→沉淀硬化→磨齿→喷砂→氮化→检→入库工序。
前述方法中，所述粗车工序为以后精车工序预留1.5～2mm加工余量。
前述方法中，所述固溶处理工序是将粗车后的零件加热至温度800～820℃，保温30～40min后，再加热至温度1040～1050℃，保温时间90～110min，然后采用油冷的方式冷却至室温；固溶处理完成后，零件硬度范围在28～35HRC。
前述方法中，所述精车工序将零件加工至图纸要求的齿坯尺寸。
前述方法中，所述滚齿工序为之后的磨齿工序预留0.1mm加工余量。
前述方法中，所述沉淀硬化工序是将滚齿的零件加热至温度540～560℃，保温时间90～110min，然后空冷至室温。
前述方法中，所述喷砂工序采用细小砂粒，清理零件表面，清理过程不改变零件粗糙度。
前述方法中，所述氮化工序之前对零件进行清洗、烘干处理，烘干温度不超过150℃；氮化过程为五段升温、加热和保温过程；第一段升温速率为3～3.5℃/min，将温度加热至180～190℃，保温5～10min；第二段升温速率为2～2.5℃/min，将温度加热至300～320℃，保温5～10min；第三段升温速率为1.5～2℃/min，将温度加热至450～470℃，保温25～30min；第四段在压力为220～240Pa下保持升温速率为1.2～1.5℃/min，将温度加热至530～540℃，保温840～870min；第五段在压力为220～240Pa下保持降温速率为1～1.2℃/min，将温度降至510～520℃，保温180～200min；然后随炉冷却至160℃以下。
前述方法中，所述第四段和第五段中220～240Pa压力控制过程采用稳压器进行控制，控制精度要求±10Pa。
前述方法中，所述固溶处理、沉淀硬化、氮化工序的控温过程采用热电偶测量温度，采用自动记录仪表记录时间，炉温均匀性要求±5℃；升温速率控制过程采用自动控制，控制精度要求±0.5℃/min。
与现有技术相比，本发明的方法所采用的工艺可节约能源；可提高05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理的扩散层、硬度的稳定性；很好的解决了目前产品合格率低、疲劳性能不足的技术问题。零件的耐磨性得到了明显提高，延长了零件的使用寿命和运行的可靠性，克服了现有技术的不足。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法，其特征在于：包括备料→粗车→固溶处理→精车→滚齿→沉淀硬化→磨齿→喷砂→氮化→检→入库工序。所述粗车工序为以后精车工序预留1.5～2mm加工余量。所述固溶处理工序是将粗车后的零件加热至温度800～820℃，保温30～40min后，再加热至温度1040～1050℃，保温时间90～110min，然后采用油冷的方式冷却至室温；固溶处理完成后，零件硬度范围在28～35HRC。所述精车工序将零件加工至图纸要求的齿坯尺寸。所述滚齿工序为之后的磨齿工序预留0.1mm加工余量。所述沉淀硬化工序是将滚齿的零件加热至温度540～560℃，保温时间90～110min，然后空冷至室温。所述喷砂工序采用细小砂粒，清理零件表面，清理过程不改变零件粗糙度。所述氮化工序之前对零件进行清洗、烘干处理，烘干温度不超过150℃；氮化过程为五段升温、加热和保温过程；第一段升温速率为3～3.5℃/min，将温度加热至180～190℃，保温5～10min；第二段升温速率为2～2.5℃/min，将温度加热至300～320℃，保温5～10min；第三段升温速率为1.5～2℃/min，将温度加热至450～470℃，保温25～30min；第四段在压力为220～240Pa下保持升温速率为1.2～1.5℃/min，将温度加热至530～540℃，保温840～870min；第五段在压力为220～240Pa下保持降温速率为1～1.2℃/min，将温度降至510～520℃，保温180～200min；然后随炉冷却至160℃以下。所述第四段和第五段中220～240Pa压力控制过程采用稳压器进行控制，控制精度要求±10Pa。所述固溶处理、沉淀硬化、氮化工序的控温过程采用热电偶测量温度，采用自动记录仪表记录时间，炉温均匀性要求±5℃；升温速率控制过程采用自动控制，控制精度要求±0.5℃/min。
实施例
本例是一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理加工工艺，该工艺包括如下工序：备料→粗车→固溶处理→精车→滚齿→沉淀硬化→磨齿→喷砂→氮化→检→入库。本例是在该材料经过固溶处理+沉淀处理后，增加一道辉光离子氮化处理工序。辉光离子氮化工序是将零件按照工艺参数；升温速率分别为3～3.5℃/min、2～2.5℃/min、1.5～2℃/min、1.2～1.5℃/min、1～1.2℃/min，每段温度分别为180～190℃、300～320℃、450～470℃、530～540℃、510～520℃，每段保温时间各为5～10min、5～10min、25～30min、840～870min、180～200min，第四、五段为氮化保温温度，使用的压力为220～240Pa，第五段结束后随炉冷却至160℃以下。
按照上述工序进行加工时，粗车工序为以后精车工序预留1.5～2mm加工余量。固溶处理工序为零件在有效工作温度范围内，加热至温度800～820℃，保温30～40min后，再加热至温度1040～1050℃，保温时间90～110min，然后采用油冷的方式进行冷却至室温。固溶处理完成后，硬度范围在28～35HRC。精车工序为零件图纸齿坯尺寸。滚齿工序为滚齿齿形加工，为以后磨齿留余量0.1mm。
硬化处理工序为在有效工作温度范围内，加热至温度540～560℃，保温时间90～110min，然后空冷至室温。喷砂处理工序为采用细小砂粒，清理零件表面，零件粗糙度喷砂前后未发生改变。氮化工序包含五段升温、两段氮化保温和冷却。，升温速率分别为3～3.5℃/min、2～2.5℃/min、1.5～2℃/min、1.2～1.5℃/min、1～1.2℃/min，每段温度分别为180～190℃、300～320℃、450～470℃、530～540℃、510～520℃，每段保温时间各为5～10min、5～10min、25～30min、840～870min、180～200min，第四、五段为氮化保温温度，使用的压力为220～240Pa，第五段结束后随炉冷却至160℃以下。前所述固溶处理、沉淀硬化、氮化工序的控温过程采用热电偶测量温度，采用自动记录仪表记录时间，炉温均匀性要求为±5℃，压力控制过程采用稳压器进行控制，控制精度要求±10Pa，升温速率控制过程采用自动控制，控制精度要求±0.5℃/min。
本发明的基本原理：05Cr17Ni4Cu4Nb材料为沉淀硬化型钢种，其典型的热处理加工方式为：固溶+沉淀硬化处理，本发明是在沉淀硬化处理后增加一道辉光离子氮化处理工序。有效的提高零件耐磨性和零件辉光离子氮化的扩散层均匀性、质量稳定性。
固溶处理：是将合金加热当适当的温度，保温足够长的时间，使一种或多种组成物质固溶于基体之中，然后以足够的冷却速度进行冷却，以得到过饱和固溶体的工艺方法。
沉淀硬化：由于过饱和固溶体中形成G-P区或沉淀析出物引起的时效硬化。
喷砂：将零件表面的防氧化膜层清除。
辉光离子氮化：在真空的容器中高压电场作用下，氮的正离子轰击零件表面，使其加热并夺取电子后形成氮原子，渗入到金属表层的氮化方法。
Claims (10)
1.一种05Cr17Ni4Cu4Nb材料齿轮的辉光离子氮化处理方法，其特征在于：包括备料→粗车→固溶处理→精车→滚齿→沉淀硬化→磨齿→喷砂→氮化→检→入库工序。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述粗车工序为以后精车工序预留1.5～2mm加工余量。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述固溶处理工序是将粗车后的零件加热至温度800～820℃，保温30～40min后，再加热至温度1040～1050℃，保温时间90～110min，然后采用油冷的方式冷却至室温；固溶处理完成后，零件硬度范围在28～35HRC。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述精车工序将零件加工至图纸要求的齿坯尺寸。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述滚齿工序为之后的磨齿工序预留0.1mm加工余量。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：所述沉淀硬化工序是将滚齿的零件加热至温度540～560℃，保温时间90～110min，然后空冷至室温。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：所述喷砂工序采用细小砂粒，清理零件表面，清理过程不改变零件粗糙度。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：所述氮化工序之前对零件进行清洗、烘干处理，烘干温度不超过150℃；氮化过程为五段升温、加热和保温过程；第一段升温速率为3～3.5℃/min，将温度加热至180～190℃，保温5～10min；第二段升温速率为2～2.5℃/min，将温度加热至300～320℃，保温5～10min；第三段升温速率为1.5～2℃/min，将温度加热至450～470℃，保温25～30min；第四段在压力为220～240Pa下保持升温速率为1.2～1.5℃/min，将温度加热至530～540℃，保温840～870min；第五段在压力为220～240Pa下保持降温速率为1～1.2℃/min，将温度降至510～520℃，保温180～200min；然后随炉冷却至160℃以下。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于：所述第四段和第五段中220～240Pa压力控制过程采用稳压器进行控制，控制精度要求±10Pa。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于：所述固溶处理、沉淀硬化、氮化工序的控温过程采用热电偶测量温度，采用自动记录仪表记录时间，炉温均匀性要求±5℃；升温速率控制过程采用自动控制，控制精度要求±0.5℃/min。
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