CN106987794A - 一种真空炉渗碳淬火热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空炉渗碳淬火热处理方法,包括以下步骤:将零件进行去应力退火处理;对零件进行振动光饰;将零件装夹于热处理工装上,通过热处理工装将零件放入电阻炉中,在350℃~400℃温度下哄油2‑3小时;通过专用热处理工装将零件呈多层分布,错开摆放置真空炉中,依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理;将淬火后的零件转入至电阻炉中,在电阻炉中对零件进行低温回火,回火温度为160℃~180℃,然后保温2~3小时;再次对零件进行振动光饰。保证零件表面的硬度,从而提高零件的耐磨性,使零件的有效硬化层更深,提高零件的心部韧性,使零件的综合力学性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域,具体涉及一种真空炉渗碳淬火热处理方法。
背景技术
齿轮是传动机械中的重要零件,要求具有耐磨、抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能。目前齿轮热处理多采用渗碳淬火工艺,但由于渗碳温度和淬火温度较高,齿轮零件变形较大,对于合金钢材质齿轮件,淬透性较高,心部硬度超过300HV5。采用传统的多用炉或网带炉碳氮共渗工艺,降低淬火温度至760℃,选用冷速较慢淬火油,合金钢齿轮心部硬度仍高于300HV5,且表面硬度低于要求值,达不到生产要求。传统的小齿轮件渗碳淬火工装,零件之间采用垫片隔开,垫片与零件接触面积较大,导致淬火后零件表面软点较多。因此,设计一种合理的齿轮热处理方法,解决合金钢齿轮变形量较大和心部硬度较高的问题,适用于批量生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的上述缺陷,提供了一种真空炉渗碳淬火热处理方法,保证零件表面的硬度,从而提高零件的耐磨性,使零件的有效硬化层更深,提高零件的心部韧性,使零件的综合力学性能良好。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种真空炉渗碳淬火热处理方法,包括以下步骤:
1)将零件进行去应力退火处理;
2)对零件进行振动光饰;
3)将零件装夹于热处理工装上,将零件放入电阻炉中加温至350℃~400℃,并在此温度下哄油2-3小时;
4)将零件从电阻炉中取出,通过热处理工装将零件呈多层分布,错开摆放置真空炉中,依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理;
5)将零件转入至电阻炉中,在电阻炉中对零件进行低温回火,回火温度为160℃~180℃,然后保温2~3小时;
6)再次对零件进行振动光饰。
按照上述技术方案,所述的步骤1)中,去应力退火处理包括以下步骤:将零件在电阻炉内加温至550℃-650℃,然后将零件保温1~3小时,再将零件随炉冷至500℃后出电阻炉冷却。
按照上述技术方案,所述的步骤4)中,所述的预热处理包括以下过程:将零件放入真空炉后,对零件以10~30℃/min速度加热至640℃~650℃,然后对零件保温40~50min。
按照上述技术方案,所述的步骤4)中,渗碳处理包括以下过程:在真空炉内对零件以5~15℃/min速度加热至910℃-930℃,然后对零件保温20~40min后,通入渗碳气氛50~70min进行渗碳;
所述的碳氮共渗处理包括以下过程:在真空炉内将渗碳处理后的零件冷却至850℃~880℃,通入渗氮气氛50~70min进行碳氮共渗。
按照上述技术方案,所述的渗碳气氛包括乙炔(C2H2)和氨气(N2),乙炔(C2H2)和氨气(N2)的比例为1:1,所述的渗氮气氛包括氨气(NH3)和氮气(N2),氨气(NH3)和氮气(N2)的比例为1:1。
按照上述技术方案,所述的步骤4)中,淬火处理包括以下过程:在真空炉内将碳氮共渗处理后的零件降温至700℃~740℃,然后保温40~60min后,入油淬火。
按照上述技术方案,淬火油为真空淬火油,淬火油的温度控制在50℃-60℃。
按照上述技术方案,所述的步骤2)和步骤4)中,所述的振动光饰的过程包括以下步骤:
A.将零件放入光饰机中;
B.将8mm×8mm电刚玉和工业碱倒入光饰机中振动约20~40分钟;
C.将零件从光饰机中取出,用清水将零件表面的污渍和碱冲洗干净;
D.将零件侵入防锈油中,再取出。
按照上述技术方案,步骤4)中,专用热处理工装为真空炉渗碳淬火热处理工装,包括底座和多个立杆,多个立杆成阵列分布于底座上,横向相邻立杆之间连接有多个横梁,多个横梁呈多层分布,每层相邻横梁之间沿横梁的长度方向分布有多个挂料杆,挂料杆的两端分别放置于相邻横梁上;
挂料杆的截面为十字形,挂料杆上沿长度方向等间距分布有多个凸台。
按照上述技术方案,底座上分布有多个方形孔,底座为耐热钢铸造的底座。
按照上述技术方案,凸台包括上凸台和下凸台,上凸台设置于挂料杆的上方,下凸台设置于挂料杆的下方,下凸台比上凸台长。
按照上述技术方案,横梁的上端沿长度方向均匀分布有多个凹槽。
按照上述技术方案,凹槽为方形凹槽。
按照上述技术方案,横梁的侧端面上设有多个流通槽。
按照上述技术方案,流通槽为矩形槽。
按照上述技术方案,纵向相邻立杆之间连接有横梁。
按照上述技术方案,相邻两层之间的挂料杆上的凸台错开分布。
本发明具有以下有益效果:
1.本方法对零件依次进行渗碳处理、碳氮共渗处理和淬火处理,将渗碳工艺和碳氮共渗工艺相结合,保证零件表面的硬度,可将零件的表层硬度提高至HRC58~62,从而提高零件的耐磨性,使零件的有效硬化层更深,零件的硬化层可深至0.4~0.8mm,提高零件的心部韧性,可使零件的心部硬度小于等于300HV5,使零件的综合力学性能良好,零件呈空间多层分布,有效利用了空间,增加了装夹数量,节约成本,将零件分隔开,保证零件之间的间隙,减少挂具与零件接触面积,避免淬火硬度软点,提高了淬火质量,生产的零件质量稳定,适合批量生产。
2.本方法结合真空炉渗碳淬火热处理工装,保证零件变形量小,通过真空炉渗碳淬火热处理工装将零件直接置于挂料杆两凸台之间,结构简单,方便装夹,提高了生产效率,挂料杆多层分布,使零件呈空间多层分布,有效利用了空间,增加了装夹数量,节约成本,适用于批量生产,十字形挂料杆挂装零件,避免零件在淬火过程中因受力不均而变形,挂料杆上等间距分布的凸台将零件分隔开,保证零件之间的间隙,减少挂具与零件接触面积,避免淬火硬度软点,提高了淬火质量,生产的零件质量稳定,适合批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例中真空炉渗碳淬火热处理方法的流程图;
图2是本发明实施例中真空炉渗碳淬火热处理工装的主视图;
图3是图2的A-A剖视图;
图4是本发明实施例中偏心齿轮的截面图;
图5是本发明实施例中挂料横梁的结构示意图;
图6是本发明实施例中固定横梁的结构示意图;
图7是本发明实施例中挂料杆的结构示意图;
图8是图7的左视图;
图9是本发明实施例中底部的俯视图;
图中,1-底座,2-立杆,3-横梁,4-挂料杆,5-零件,6-方形凹槽,7-矩形槽,8-凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1所示,本发明提供的一种实施例中真空炉渗碳淬火热处理方法,包括以下步骤:
1)将零件进行去应力退火处理;
2)对零件进行振动光饰;
3)将零件装夹于专用工装上,将零件放入台车式电阻炉中加温至350℃~400℃,并在此温度下哄油2-3小时;防止污染加热系统的瓷绝缘体,造成短路故障;
4)将零件从电阻炉中取出,通过专用热处理工装将零件呈多层分布,错开摆放置真空炉中,依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理;
5)将淬火后的零件通过周转箱转入至台车式电阻炉中,在台车式电阻炉中对零件进行低温回火,回火温度为160℃~180℃,然后保温2~3小时;可以消除淬火应力,均匀淬火组织;
6)再次对零件进行振动光饰;
7)光饰合格零件过防锈油防锈,转入下道工序。
进一步地,所述的周转箱的材质为金属。
进一步地,所述的零件为齿轮或偏心齿轮。
进一步地,所述的步骤1)中,去应力退火处理包括以下步骤:将零件在电阻炉内加温至550℃-650℃,然后将零件保温2小时,再将零件随炉冷至500℃后出电阻炉冷却。
进一步地,消除加工应力,减小偏心齿轮热处理变形,退火设备为台车式电阻炉。
进一步地,所述的步骤4)中,所述的预热处理包括以下过程:将零件放入真空炉后,对零件以20℃/min速度加热至640℃~650℃,然后对零件保温40~50min。
进一步地,所述的步骤4)中,渗碳处理包括以下过程:在真空炉内对零件以10℃/min速度加热至910℃-930℃,然后对零件保温30min后,通入渗碳气氛60min进行渗碳;
所述的碳氮共渗处理包括以下过程:在真空炉内将渗碳处理后的零件冷却至850℃~880℃,通入渗氮气氛60min进行碳氮共渗。
进一步地,所述的渗碳气氛包括乙炔(C2H2)和氨气(N2),乙炔(C2H2)和氨气(N2)的比例为1:1;通过气体流量计控制气氛,所述的渗氮气氛包括氨气(NH3)和氮气(N2),氨气(NH3)和氮气(N2)的比例为1:1,通过气体流量计控制气氛。
进一步地,所述的步骤4)中,在真空炉内淬火处理包括以下过程:将碳氮共渗处理后的零件降温至700℃~740℃,然后保温40~60min后,入油淬火。
进一步地,淬火油为1#真空淬火油,淬火油的温度控制在50℃-60℃。
进一步地,所述的步骤2)和步骤4)中,所述的振动光饰的过程包括以下步骤:
A.将零件放入光饰机中;
B.将8mm×8mm电刚玉和工业碱倒入光饰机中振动约30分钟;
C.将零件从光饰机中取出,用清水将零件表面的污渍和碱冲洗干净;以去除氧化皮、锈迹、油污和含硫润滑剂等有害污物;
D.将零件侵入防锈油中,再取出;也可以换种说法,将零件过防锈油以便于防锈。
进一步地,步骤4)中,如图2~图9所示,专用热处理工装为真空炉渗碳淬火热处理工装,包括底座1和多个立杆2,多个立杆2成阵列分布于底座1上,横向相邻立杆2之间连接有多个横梁3,多个横梁3呈多层分布,每层相邻横梁3之间沿横梁3的长度方向分布有多个挂料杆4,挂料杆4的两端分别放置于相邻横梁3上;
挂料杆4的截面为十字形,挂料杆4上沿长度方向等间距分布有多个凸台8。
进一步地,底座1上分布有多个镂空的透气孔,镂空透气孔为方形孔,节省材料,且保证渗碳时气氛的流通性,底座1为耐热钢铸造的底座1。
进一步地,凸台8包括上凸台和下凸台,上凸台设置于挂料杆4的上方,下凸台设置于挂料杆4的下方,下凸台比上凸台长,复合异形孔结构。
进一步地,横梁3的上端沿长度方向均匀分布有多个凹槽;凹槽用于放置挂料杆4,防止滑动;
进一步地,凹槽为方形凹槽6。
进一步地,横梁3的侧端面上设有多个流通槽;流通槽可以保证气氛及淬火油的流通性。
进一步地,流通槽为矩形槽7。
进一步地,纵向相邻立杆2之间连接有横梁3,横梁3分为挂料横梁和固定横梁,挂料横梁为横向分布,用于支撑挂料杆4,挂料横梁上端设有方形凹槽6,侧端面上分布有多个流通槽,固定横梁为纵向分布,用于加固纵向相邻立杆2之间的强度,固定横梁上分布有多个流通槽,固定横梁上端无需设有方向凹槽。
进一步地,横梁3上设计有等间距矩形凹槽放置挂料杆4,防止挂料杆4滑动,同时增加了零件在入炉、出炉及入油淬火时的稳定性;相邻两层之间的挂料杆4上的凸台8错开分布,使上下相邻层零件摆放采用错开交叉放置方式,避免上下层零件叠压增加变形量,同时有效的利用空间,增加装炉量,节约成本。
进一步地,相邻两层之间的挂料杆4上的凸台8错开分布,使相邻两层零件错开交叉放置,避免上下相邻层零件叠压,有效利用空间。
进一步地,其中底座1上设有镂空的透气孔,保证气氛的通畅及均匀性;料梁设计有等间距的矩形凹槽,挂料杆4两端置于矩形凹槽内,防止滑动;挂料杆4设计为十字形,可减轻挂料杆4重量;挂料杆4上的等间距凸起可有效的将渗碳工件隔开,保证零件渗碳的均匀性,相比较传统的用垫片间隔零件,挂具与零件接触面积减少,有效的控制因工装接触产生的表面硬度软点,且操作简单,便于装夹,工作效率高;零件的摆放方式为上下层错开交叉放置,避免上下层零件之间叠压在一起,减小热处理变形量,同时有效的利用工装空间,装夹数量增加。
本实施例偏心齿轮是农机变速箱中的零件,起到传动作用,材料为渗碳钢SNCM220,料厚有4mm和6mm两种,内孔尺寸热处理技术要求如下:表面硬度HRC58-62,有效硬化层深0.4-0.8mm,心部硬度≤300HV5。本实施例齿轮零件尺寸精度要求较高,内孔公差≤0.04mm,外齿轮廓公差≤0.06mm,采用复合精冲工艺成形。
本实施例中需要淬火的零件为偏心齿轮,带孔偏心齿轮零件,材质为SNCM220或其他渗碳钢,外径内孔厚度4-6mm,表面硬度要求HRC58-62,有效硬化层深0.4-0.6mm,心部硬度不大于300HV5,且表面不允许有软点,齿轮件尺寸精度要求较高,采用精冲工艺成型,热处理变形量不大于0.04mm。
如图2~图9所示,一种真空炉用渗碳或碳氮共渗热处理工装示意图,本实施例为一种带孔小齿轮精冲件;本发明所涉及的热处理工装包括底座1、立杆2、横梁3、挂料杆4;底座1设计有方形孔,由耐热钢铸造而成,节省材料,且保证渗碳时气氛的流通性,如图9所示;立杆2和横梁3采用Q345材料,焊接在底座1周边和相邻立杆2间,零件5从内孔挂装在挂料杆4上,挂料杆4设计为十字形,节省材料,并在十字方向上设计有等间距凸台8,保证零件之间间隙,本实施例齿轮为偏心齿轮,凸台8设计为上短下长,复合异形孔结构,如图7~图8所示;穿好零件的挂料杆4平放在横梁3上,上下层零件错开交叉放置,避免上下层零件叠压,有效利用空间;挂料方向横梁设计有等间距方形凹槽6,用于放置挂料杆4,防止滑动,矩形槽7可以保证气氛及淬火油的流通性,如图5所示;垂直挂料方向横梁无需设计方形凹槽6,用于固定立杆2,稳固工装,如图6所示。
本发明具体的实施方案和工作流程如下:
1.内孔将需要淬火的零件挂入十字形挂料杆4上,零件置于两凸台8之间,保证相邻零件之间的间隙,本实施例中每根挂料杆4装夹20片零件;
2.将装夹好零件的挂料杆4水平放置于带矩形槽7的横梁上,同层零件等间距放置,上下层零件错开交叉放置,如下图1~图2所示,本实施例中每炉装炉量为1000-1200件零件。
综上所述,传统的齿轮碳氮共渗淬火工艺,若要保证合金渗碳钢热处理后心部硬度≤300HV5,在较低的温度740℃下淬火,表面硬度达不到HRC58-62要求,本发明所述热处理方法,既保证了表面较高硬度HRC58-62,并且将心部硬度控制在300HV5以内,生产的齿轮表面硬度高、耐磨性好,心部韧性较好,综合力学性能良好;本发明所述的热处理方法,先渗碳再进行碳氮共渗,由于碳氮共渗温度较渗碳温度低,减小了偏心齿轮热处理变形量,同时碳氮共渗后形成高硬度的氮化物,有利于提高零件表面硬度;本发明所述的热处理方法,先渗碳60min,可提高偏心齿轮表层含碳量,从而提高表层淬透性,在较低的淬火温度下即可获得较高的表面硬度;采用真空炉进行热处理,真空炉密封性较好,炉内无含氧介质,可减少渗剂气体的通入量,缩短工艺时间,零件变形较小,内孔公差控制在0.04mm以内;偏心齿轮热处理装夹采用挂装方式,设计的挂料杆4与零件接触面积小,有效的控制表面硬度软点,且操作简单,便于装夹,工作效率高;零件的摆放方式为上下层错开放置,避免上下层零件之因叠压在一起,减小热处理变形量,同时有效的利用工装空间,装夹数量增加,降低生产成本。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等效变化,仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将零件进行去应力退火处理;
2)对零件进行振动光饰;
3)将零件装夹于热处理工装上,将零件放入电阻炉中加温至350℃~400℃,并在此温度下哄油2-3小时;
4)将零件从电阻炉中取出,通过专用热处理工装将零件呈多层分布,错开摆放置真空炉中,依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理;
5)将零件转入至电阻炉中,在电阻炉中对零件进行低温回火,回火温度为160℃~180℃,然后保温2~3小时;
6)再次对零件进行振动光饰。
2.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的步骤1)中,去应力退火处理包括以下步骤:将零件在炉内加温至550℃-650℃,然后将零件保温1~3小时,再将零件随炉冷至500℃后出炉冷却。
3.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的步骤4)中,所述的预热处理包括以下过程:将零件放入真空炉后,对零件以10~30℃/min速度加热至640℃~650℃,然后对零件保温40~50min。
4.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的步骤4)中,渗碳处理包括以下过程:对零件以5~15℃/min速度加热至910℃-930℃,然后对零件保温20~40min后,通入渗碳气氛50~70min进行渗碳;
所述的碳氮共渗处理包括以下过程:将渗碳处理后的零件冷却至850℃~880℃,通入渗氮气氛50~70min进行碳氮共渗。
5.根据权利要求4所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的渗碳气氛包括乙炔(C2H2)和氨气(N2),乙炔(C2H2)和氨气(N2)的比例为1:1;
所述的渗氮气氛包括氨气(NH3)和氮气(N2),氨气(NH3)和氮气(N2)的比例为1:1。
6.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的步骤4)中,淬火处理包括以下过程:将碳氮共渗处理后的零件降温至700℃~740℃,然后保温40~60min后,入油淬火。
7.根据权利要求6所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,淬火油为真空淬火油,淬火油的温度控制在50℃-60℃。
8.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,所述的步骤2)和步骤4)中,所述的振动光饰的过程包括以下步骤:
A.将零件放入光饰机中;
B.将8mm×8mm电刚玉和工业碱倒入光饰机中振动约20~40分钟;
C.将零件从光饰机中取出,用清水将零件表面的污渍和碱冲洗干净;
D.将零件侵入防锈油中,再取出。
9.根据权利要求1所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,步骤4)中,专用热处理工装为真空炉渗碳淬火热处理工装,包括底座和多个立杆,多个立杆成阵列分布于底座上,横向相邻立杆之间连接有多个横梁,多个横梁呈多层分布,每层相邻横梁之间沿横梁的长度方向分布有多个挂料杆,挂料杆的两端分别放置于相邻横梁上;
挂料杆的截面为十字形,挂料杆上沿长度方向等间距分布有多个凸台。
10.根据权利要求9所述的真空炉渗碳淬火热处理方法,其特征在于,凸台包括上凸台和下凸台,上凸台设置于挂料杆的上方,下凸台设置于挂料杆的下方,下凸台比上凸台长。
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Denomination of invention: A heat treatment method of carburizing and quenching in vacuum furnace Effective date of registration: 20220629 Granted publication date: 20191108 Pledgee: Bank of China Limited Wuhan Qingshan sub branch Pledgor: WUHAN HUAXIA FINE-BLANKING TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022420000207 |