CN108203759B - 一种重载齿轮的预备热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重载齿轮的预备热处理方法，属于热处理技术领域。该方法的步骤包括将齿轮加热至750±10℃保温；随后继续加热至930±10℃保温；将齿轮冷却至AC3‑10℃保温；将齿轮冷却至AC1‑10℃保温；将齿轮快速冷却至BS‑10℃保温；将齿轮快速加热至AC1‑10℃保温；将齿轮空冷至650±10℃保温；将齿轮快速冷却至400±10℃，随后缓冷至200℃出炉。本发明通过一系列相互配合作用的温度、时间控制，既能有效细化齿轮锻坯晶粒、均匀金相组织，减少后续齿轮渗碳淬火变形量；又能减少齿轮锻造应力，还能有效去氢，防止齿轮氢脆白点的产生，显著改善齿轮硬度，利于后续切削加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种重载齿轮的预备热处理方法，属于热处理技术领域。
背景技术
齿轮是减速器及传动机构至关重要的零部件。大型重载齿轮的尺寸大，承载重，冲击力强，安全性能要求高，使用时除了应具有良好的表面硬度，优良的耐磨性能，还应有较高的抗过载能力，高尺寸精度和运转中的低噪音性能。
目前，重载齿轮材料常采用18CrNiMo7-6、20CrNi2Mo、20Cr2Ni4等合金钢，制造工艺为锻造+预备热处理+渗碳淬火，而渗碳淬火是比较复杂的工艺，齿轮的渗碳层性能如硬度梯度分布、碳浓度梯度分布、渗碳齿轮变形的控制、组织及成分的均匀性都较难控制。因此，对于齿轮材料来说，其渗碳前的预备热处理显得极其重要。锻造齿坯的预备热处理，不仅可以在一定程度上改善齿轮的切削加工性能，而且对控制最终渗碳淬火变形也有很重要的影响。
工业上，国内对渗碳齿轮通常采用传统的正火+高温回火预备热处理，主要是因为其设备及工艺要求简单，而且能耗少。传统的正火+高温回火预备热处理方法见图1所示，将重载齿轮放置在加热炉内温度升高930±10℃，进行保温18-20h，随后出炉空冷至室温，再将齿轮放在回火炉中加热至650±10℃进行高温回火，保温时间为14-16h，然后出炉空冷至室温。普通正火+高温回火处理对齿轮零件的硬度要求范围大，通常不对显微组织做详细的检查，因此在实际生产中，普遍存在一些问题，如经过正火+高温回火热处理的零件切削后表面的光洁度较差，易降低切削刀具的使用寿命，造成渗碳淬火前后变形无规律等一系列的问题。
发明内容
本发明的目的在于:提出一种可以通过优化金相组织有效改善其均匀性，进而显著改善后续切削加工性能，并明显减少齿轮渗碳淬火变形量的重载齿轮预备热处理方法。
为了达到上述目的，本发明的重载齿轮预备热处理方法包括如下步骤：
步骤一，将齿轮加热至750±10℃，保温2-3h；随后继续加热至930±10℃，保温4-5h；
步骤二，将齿轮冷却至AC3-10℃，保温4-5h；
步骤三，将齿轮冷却至AC1-10℃，保温5-6h；
步骤四，将齿轮快速冷却至BS-10℃，保温1-2h；
步骤五，将齿轮快速加热至AC1-10℃，保温5-6h；
步骤六，将齿轮空冷至650±10℃，保温4-5h；
步骤七，将齿轮快速冷却至400±10℃，随后缓冷至200℃，出炉空冷至室温。
优选地，所述步骤四中的快速冷却速度为120～160℃/h。
优选地，所述步骤五中的快速加热速度为100～120℃/h。
优选地，所述步骤七中的快速冷却速度为60～80℃/h。
采用本发明后的有益效果为，分阶段升温至930±10℃保温使齿轮锻坯组织再结晶后奥氏体晶粒完全等轴化，完全切断了组织遗传，基本消除了锻造过程中产生的加工应力；空冷至AC3-10℃，在奥氏体中析出铁素体；空冷至AC1-10℃，得到均匀细小的珠光体和铁素体组织；快速冷却至BS-10℃，既能通过快冷细化晶粒，又可因钢的过冷奥氏体向贝氏体转变时间较短，从而大大缩短该段的保温时间，降低热处理能耗，节约成本。
随后齿轮快速加热至AC1-10℃，首先由快速加热导致齿轮不同部位氢浓度出现梯度，由于浓度有向平衡转变的趋势，因此内部高氢浓度向表面低氢浓度转移和析出；其次在该温度区域氢溶解度小、扩散速度快，利于氢扩散逸出。随后冷却至650±10℃保温，通过降低温度使氢重新达到过饱和状态，继续脱氢。再后快冷至400℃，因为400℃以上钢塑性较好、脆性较低，冷速可快一些，400℃以下钢已进入冷硬和脆性较大的温度范围，通过缓冷可以减少齿轮冷却过程中产生的内应力。最后缓冷至200℃出炉空冷至室温。
总之，理论和实践都证明，本发明通过一系列相互配合作用的温度、时间控制，既能有效细化齿轮锻坯晶粒、均匀金相组织，减少后续齿轮渗碳淬火变形量；又能减少齿轮锻造应力，还能有效去氢，防止齿轮氢脆白点的产生，显著改善齿轮硬度，利于后续切削加工。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1为现有技术对重载齿轮的预备热处理过程示意图。
图2为本发明一个实施例的预备热处理过程示意图。
图3为现有技术预备热处理方法后的重载齿轮晶粒度检测图片。
图4为图2实施例预备热处理方法后的重载齿轮晶粒度检测图片。
具体实施方式
如图2所示，本实施例的大型重载齿轮预备热处理包括如下具体步骤：
步骤一，将齿轮置于加热炉内加热至750℃，保温时间为2h；随后继续加热至930℃，保温时间为4h；
步骤二，将齿轮空冷至AC3-10℃，保温时间为4h；
步骤三，将齿轮继续空冷至AC1-10℃，保温时间为5h；
步骤四，将齿轮快速冷却至BS-10℃，保温时间为1h；快速冷却为160℃/h的冷却速度。
步骤五，将齿轮快速加热至AC1-10℃，保温时间为5h；快速加热为120℃/h的加热速度。
步骤六，将齿轮降温至650℃，保温时间为4h。
步骤七，将齿轮较快冷至400℃，较快冷却为80℃/h的冷却速度，随后缓冷至200℃出炉空冷至室温。
分别对现有预备热处理和本实施例预备热处理后的重载齿轮进行取样、腐蚀，得到的晶粒度检测图片如图3、图4所示，可以看出本实施例处理后的晶粒无论均匀性还是致密度均明显优于现有技术。
此外，对现有预备热处理和本实施例预备热处理后的重载齿轮在周向上取0°、120°、240°三个方向，轴向上取上、中、下三个位置测试硬度，每个位置测试三处硬度值，测试数据如表1；对现有预备热处理和本实施例预备热处理后的重载齿轮采用同样的渗碳淬火方法，在周向上取0°、120°、240°三个方向，轴向上取上、中、下三个位置测量公法线，测量数据如表2。
表1表面硬度
表2公法线变形
可以看出，相对于现有技术，本实施例预备热处理后的重载齿轮硬度有所降低、均匀性良好，公法线变形显著减小。因此表明，本实施例的预备热处理方法具有热处理能耗少、生产成本低、齿轮金相组织均匀、后续切削加工性能优良、渗碳淬火变形量少等显著优点。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种重载齿轮的预备热处理方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，将齿轮加热至750±10℃，保温2-3h；随后继续加热至930±10℃，保温4-5h；
步骤二，将齿轮冷却至AC3-10℃，保温4-5h；
步骤三，将齿轮冷却至AC1-10℃，保温5-6h；
步骤四，将齿轮快速冷却至BS-10℃，保温1-2h；
步骤五，将齿轮快速加热至AC1-10℃，保温5-6h；
步骤六，将齿轮空冷至650±10℃，保温4-5h；
步骤七，将齿轮快速冷却至400±10℃，随后缓冷至200℃，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的重载齿轮的预备热处理方法，其特征在于：所述步骤四中的快速冷却速度为120～160℃/h。
3.根据权利要求2所述的重载齿轮的预备热处理方法，其特征在于：所述步骤五中的快速加热速度为100～120℃/h。
4.根据权利要求3所述的重载齿轮的预备热处理方法，其特征在于：所述步骤七中的快速冷却速度为60～80℃/h。
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