CN107312921B - 一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法，控制齿轮上的总孔的数量为3的整数倍，且呈圆周均布。上述方法应用于透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮。本发明的方法，使薄壁渗碳淬火高速齿轮的渗碳淬火工序的变形量大幅缩小，畸变量减小30％以上。畸变量的大幅减小，使齿环的质量大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，成本大幅下降。

Description

一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法及应用
技术领域
本发明涉及热处理工艺技术领域，特别涉及一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法及应用。
背景技术
目前，薄壁渗碳淬火高速齿轮工艺孔的设计，不考虑渗碳淬火工艺过程的变形问题，或者说是在没有进行结构尺寸对渗碳淬火畸变量影响试验研究下的工艺孔设计方法，只按正常的齿轮设计方法设计，而对于薄壁渗碳淬火高速齿轮，渗碳淬火的变形量特别大，经常因为渗碳淬火后变形量大，不够加工尺寸进行返修，返修挽救不过来的，最后报废的情况也时常发生，是生产制造的一大难点，不仅影响生产制造周期，制造成本也大幅提高。
渗碳淬火变形是世界难题，发达国家公布的数据，在渗碳淬火变形问题上浪费的资金也相当惊人。以前对渗碳淬火畸变问题的研究，多集中在渗碳淬火的工艺过程，齿轮结构上的研究较少，特别对于国内，对透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮结构因素对渗碳淬火畸变影响的研究，几乎是空白。结构因素是渗碳淬火变形的最主要的因素，而且影响也最大，研究起来效果也最明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是薄壁渗碳淬火高速齿轮的渗碳淬火的变形量大，提供一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法及应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法，控制齿轮上的总孔数量为3的整数倍，且呈圆周均匀分布。
进一步地，所述总孔包括吊装孔和工艺孔，所述吊装孔和所述工艺孔的数量分别为3的整数倍。
进一步地，所述吊装孔的直径为4-6mm，数量为3个，所述工艺孔的直径为7-9mm，数量为6个，所述吊装孔之间的夹角为120°，所述工艺孔之间的夹角为60°，所述吊装孔与所述工艺孔间夹角为30°，所述吊装孔和所述工艺孔的孔位置在距离圆心十分之五点二五至十分之六点二五处。
进一步地，所述高速齿轮的预备热处理工艺为：950℃正火，保温时间为“有效厚度/45mm”小时，空冷；860℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；650℃回火，保温时间为“1.5倍淬火保温时间”，空冷。
进一步地，所述高速齿轮的渗碳淬火工艺为：930℃渗碳，总保温时间为“渗层深度/0.1mm”小时；850℃球化空淬，保温时间为“有效厚度/40mm”小时；650℃高温回火，保温时间为淬火的1.5倍；780℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；180℃回火，保温时间是淬火的2倍。
进一步地，所述高速齿轮的材料是12Cr2Ni4渗碳钢。
上述方法应用于透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮。
本发明提供的一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法，使薄壁渗碳淬火高速齿轮的渗碳淬火工序的变形量大幅缩小，畸变量减小30％以上。控制了因渗碳淬火工艺变形量大，造成磨齿时不够磨削尺寸超差造成的返修，甚至报废的问题；控制了由于磨齿时磨削量大，造成了渗层的严重不均匀，硬度不均匀且下降，承载能力下降的问题；更重要的是齿轮的质量大幅提高，接触疲劳强度、弯曲疲劳大幅提高；磨削量减小，成本也会大幅下降。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图2为本发明对比实施例1提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图3为本发明实施例2提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图4为本发明对比实施例2提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图5为本发明实施例3提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图6为本发明对比实施例3提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图7为本发明实施例4提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
图8为本发明对比实施例4提供的薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法：控制齿轮上的总孔数量为3的整数倍，且呈圆周均匀分布。所述总孔包括吊装孔和工艺孔，所述吊装孔和所述工艺孔的数量分别为3的整数倍，吊装孔之间呈圆周均匀分布，工艺孔之间呈圆周均匀分布，吊装孔和工艺孔之间也呈圆周均匀分布。
例如：如图2所示，现有技术中薄壁渗碳淬火齿轮的总孔为12个，其中，吊装孔为4个，工艺孔为8个，吊装孔间夹角90°，工艺孔间夹角45°，工艺孔与吊装孔间夹角22.5°。将吊装孔由原来的4个减少为3个，工艺孔由8个减少为6个。吊装孔、工艺孔各自按圆周均匀分布，同时还要保证总孔也按圆周均匀分布(见图1)。
所述吊装孔的直径为4-6mm，优选为5mm，数量优选为为3个。所述工艺孔的直径为7-9mm，优选为8mm，数量优选为为6个。3个吊装孔之间的夹角为120°，6个工艺孔之间的夹角为60°，吊装孔与工艺孔之间夹角为30°，吊装孔和工艺孔的孔位置在距离圆心十分之五点二五至十分之六点二五处。
所述高速齿轮的预备热处理工艺为：950℃正火，保温时间为“有效厚度/45mm”小时，空冷；860℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；650℃回火，保温时间为“1.5倍淬火保温时间”，空冷。
所述高速齿轮的渗碳淬火工艺为：930℃渗碳，总保温时间为“渗层深度/0.1mm”小时；850℃球化空淬，保温时间为“有效厚度/40mm”小时；650℃高温回火，保温时间为淬火的1.5倍；780℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；180℃回火，保温时间是淬火的2倍。在渗碳、球化空淬、高温回火，淬火回火以及整个渗碳淬火等不同工序的变形量都大幅缩小。
所述高速齿轮的材料是12Cr2Ni4渗碳钢，12Cr2Ni4经过电炉冶炼、电渣重熔精炼，锻造比为3-5。
上述方法适用于透平压缩机薄壁渗碳淬火的高速齿轮工艺孔的设计，也适用于其它的薄壁渗碳淬火齿轮工艺孔的设计。
进行对比试验时，需同炉进行试验，且保证两个对比模拟盘的装炉高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。无论是原始尺寸测量，还是测试工序完成后的测量，都要保证被测量表面光滑，且在模拟盘完全冷透后测量，测量用千分尺，且测量前进行校对，用同一个千分尺测量。
实施例1一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法
模拟齿轮材料12Cr2Ni4，预备热处理为正火+调质。用其进行薄壁渗碳淬火高速齿轮不同工艺孔，在渗碳淬火工艺过程中的变形量测试试验，包括以下步骤：
(1)总孔的数量：吊装孔3个，工艺孔6个(见图1)；
(2)总孔的数量关系：为3或者3的倍数关系(见图1)；
(3)总孔的分布：吊装孔、工艺孔各自按圆周均匀分布，同时总孔也按圆周均匀分布。
(4)预备热处理工艺为：950℃正火，保温5，空冷；860℃淬火，保温5.5小时，油冷；650℃回火，8.0小时，空冷。
渗碳淬火测试工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。
(5)渗碳淬火测试工艺要领：必须同炉试验，要保证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。
对比实施例1
与实施例1不同之处在于：步骤(1)和(2)按畸变试样图2。
经测试，实施例1渗碳淬火后的变形量明显低于对比例1的渗碳淬火后的变形量，实施例1的变形试验数据见表1a，对比例1的变形试验数据见表1b，其中，直径A和直径B表示相互垂直的齿轮直径偏差。实施例1的总变形量比对比例1的总变形量减小了48％，总体上渗碳、球化空淬工序的变形量小于淬火回火工序的变形量，也证明了工件结构因素对控制变形的重要作用。
表1a、实施例1的变形量数据
表1b、对比例1的变形量数据
实施例2一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法
模拟齿轮材料12Cr2Ni4，预备热处理为正火+调质。用其进行渗碳淬火过程的变形量测量试验，包括以下步骤：
(1)总孔的数量：吊装孔3个，工艺孔6个(见图3)；
(2)总孔的数量关系：为3或者3的倍数关系(见图3)；
(3)总孔的分布：吊装孔、工艺孔各自按圆周均匀分布，同时总孔也按圆周均匀分布。
(4)预备热处理工艺为：950℃正火，保温5，空冷；860℃淬火，保温5.5小时，油冷；650℃回火，8.0小时，空冷。
渗碳淬火测试工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。
(5)渗碳淬火测试工艺要领：必须同炉试验，要保证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。
对比实施例2
与实施例2不同之处在于：步骤(1)和(2)按畸变试样图4。
经测试，实施例2渗碳淬火后的变形量明显低于对比例2的渗碳淬火后的变形量，实施例2的变形试验数据见表2a，对比例2的变形试验数据见表2b，其中，直径A和直径B表示相互垂直的齿轮直径偏差。实施例2的变形量比对比例2的变形量减小了94％，更重要的是不存在椭圆度的变形，也证明了工件结构因素是控制变形的重要性。
表2a、实施例2的变形量数据
表2b、对比例2的变形量数据
实施例3一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法
模拟齿轮材料12Cr2Ni4，预备热处理为正火+调质。用其进行渗碳淬火过程的变形量测量试验，包括以下步骤：
(1)总孔的数量：吊装孔3个，工艺孔6个(见图5)；
(2)总孔的数量关系：为3或者3的倍数关系(见图5)；
(3)总孔的分布：吊装孔、工艺孔各自按圆周均匀分布，同时总孔按圆周均匀分布。
(4)预备热处理工艺为：950℃正火，保温5，空冷；860℃淬火，保温5小时，油冷；650℃回火，7.5小时，空冷。
渗碳淬火测试工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。
(5)渗碳淬火测试工艺要领：必须同炉试验，要保证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。
对比实施例3
与实施例3不同之处在于：步骤(1)和(2)按畸变试样图6。
经测试，实施例3渗碳淬火后的变形量明显低于对比例3的渗碳淬火后的变形量，实施例3的变形试验数据见表3a，对比例3的变形试验数据见表3b，其中，直径A和直径B表示相互垂直的齿轮直径偏差。实施例3的变形量比对比例3的变形量减小了36％，更重要的是不存在椭圆度的变形，也证明了工件结构因素是控制变形的重要性。
表3a、实施例3的变形量数据
表3b、对比例3的变形量数据
实施例4一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法
模拟齿轮材料12Cr2Ni4，预备热处理为正火+调质。用其进行渗碳淬火过程的变形量测量试验，包括以下步骤：
(1)工艺孔的数量：吊装孔3个，工艺孔6个(见图7)；
(2)工艺孔的数量关系：为3或者3的倍数关系(见图7)；
(3)工艺孔的分布：吊装孔、工艺孔各自按圆周均匀分布，同时总的孔按圆周均匀分布。
(4)预备热处理工艺为：950℃正火，保温5小时，空冷；860℃淬火，保温5小时，油冷；650℃回火，7.5小时，空冷。
渗碳淬火测试工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。
(5)渗碳淬火测试工艺要领：必须同炉试验，要保证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。
对比实施例4
与实施例4不同之处在于：步骤(1)和(2)按畸变试样图8。
经测试，实施例4渗碳淬火后的变形量明显低于对比例4的渗碳淬火后的变形量，实施例2的变形试验数据见表4a，对比例2的变形试验数据见表4b，其中，直径A和直径B表示相互垂直的齿轮直径偏差。实施例4的变形量比对比例4的变形量减小了60％，更重要的是不存在椭圆度的变形，也证明了工件结构因素是控制变形的重要性。
表4a、实施例4的变形量数据
表4b、对比例4的变形量数据
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种减小薄壁渗碳淬火高速齿轮畸变量的方法，其特征在于：控制齿轮上的总孔数量为3的整数倍，且呈圆周均匀分布；所述总孔包括吊装孔和工艺孔，所述吊装孔和所述工艺孔的数量分别为3的整数倍；
所述吊装孔的直径为4-6mm，数量为3个，所述工艺孔的直径为7-9mm，数量为6个，所述吊装孔之间的夹角为120°，所述工艺孔之间的夹角为60°，所述吊装孔与所述工艺孔间夹角为30°，所述吊装孔和所述工艺孔的孔位置在距离圆心十分之五点二五至十分之六点二五处。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高速齿轮的预备热处理工艺为：950℃正火，保温时间为“有效厚度/45mm”小时，空冷；860℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；650℃回火，保温时间为“1.5倍淬火保温时间”，空冷。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高速齿轮的渗碳淬火工艺为：930℃渗碳，总保温时间为“渗层深度/0.1mm”小时；850℃球化空淬，保温时间为“有效厚度/40mm”小时；650℃高温回火，保温时间为淬火的1.5倍；780℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；180℃回火，保温时间是淬火的2倍。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高速齿轮的材料是12Cr2Ni4渗碳钢。
5.权利要求1-3任一项用于透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮。
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