CN110508822B - 一种齿圈制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及齿圈技术领域，具体涉及一种齿圈的制备工艺；包括成型步骤，烧结步骤，补碳步骤和热处理步骤，以预合金粉为原料，烧结后还包括整形步骤，热处理步骤中采用齿部局部高频热处理，外圈圆部无热处理，所述预合金粉中碳的质量分数为0‑0.3％；相对于常用的混合粉，变化率和一致性好，强度高耐磨性好，经过整形、补碳和齿部局部高频热处理，使得马氏体转变，合金化材料性能提升，提高齿部机械性能，硬度达到HV(0.2)597‑680，具有优越的耐磨性能，又能保证产品韧性及压配性能，高频热处理变形量小，保证齿圈高强度高耐磨，既具备高精度又具备高强度。
Description
技术领域
本发明涉及齿圈技术领域，具体涉及一种齿圈的制备工艺。
背景技术
齿圈类产品应用广泛，在一些设备中作为精密元件而存在，其内齿圈进行精密传动，其形状既需要精度又需要形状稳定，而且齿部又有硬度需求，使其在传动过程中耐磨损，因此在其制备过程中需要保证形状精度和机械强度，因此常使用热处理提供马氏体转变，使得合金化材料性能提升，耐磨；可是热处理有个缺点，热处理后零件变形，特别是大齿圈类产品，零件壁薄，外径大，烧结后变形大，而硬度增加的同时，使得形状的修正变得困难。
为了增加其形状的可修正性，常使用低碳材料作为原材料，但是在烧结和后续的热处理过程中又容易产生较大的变形，而且使得成本硬度低，机械强度不好。
现有中国发明专利文献CN108994554A公开了一种高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其加工步骤是将低碳合金钢齿坯经过锻造、正火处理后，再经粗制齿加工、阶梯升温渗碳和模具矫正淬火处理，以控制齿圈的处理变形，其中主要控制形变的方式是模具矫正淬火，但是模具矫正淬火前已经包括了锻造和升温渗碳，产生了形变，经渗碳后硬度增加，形状矫正较难，效果不好，而且设备需求大，需要模具矫正淬火，制备成本高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的大齿圈类产品处理过程中易变形，耐磨性不理想，精度低的技术问题，从而提供了一种大齿圈的制备方法。
本发明公开了一种一种齿圈制备工艺，包括成型步骤，烧结步骤，补碳步骤和热处理步骤，以预合金粉为原料，经所述烧结步骤后还包括整形步骤，所述热处理步骤为齿部局部高频热处理，其中，以所述预合金粉的总质量计，所述预合金粉中包括C 0-0.3wt％。
可选的，以预合金粉的总质量计，所述预合金粉还包括Mo 0.75-0.95wt％，Mn0.05-0.3wt％，余量为铁。
可选的，所述烧结步骤中，以595-805℃预热44-50min，以1015-1135℃高温加热48-54min，冷却110-120min至温度≤100℃。
可选的，所述烧结步骤中，所述预热采用595-605℃加热14-16min， 695-705℃加热15-17min，795-805℃加热15-17min，所述高温加热采用 1015-1025℃加热16-18min，1125-1135℃加热16-18min，1130-1135℃加热 16-18min。
可选的，所述整形步骤中，采用模具对烧结后的齿圈进行再压制，使得整形后的齿圈圆度达到0.045-0.055mm。
可选的，所述补碳步骤中，以质量分数计，补碳量为0.7-0.8％，并以 840-860℃热处理2.5-3.5h。
可选的，所述热处理步骤中，对整形后的齿圈齿部进行局部高频淬火和回火，回火温度为140-180℃，回火时间为110-130min。
可选的，在所述热处理步骤之后，还包括后处理步骤，对热处理之后的齿圈进行油浸防锈。
本发明还公开了一种齿圈，由上述的齿圈制备工艺制成。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明所述的齿圈制备工艺，包括成型步骤，烧结步骤，补碳步骤和热处理步骤，以预合金粉为原料，烧结后还包括整形步骤，热处理步骤中采用齿部局部高频，外圈圆部无热处理，所述预合金粉中碳的质量分数为0-0.3％；所述预合金粉相对于常用的混合粉，碳含量低，粒径单一，变化率和一致性好，强度高耐磨性好，经过整形，弥补预合金粉碳含量低导致的烧结后较大变形量，保证齿圈的圆度及齿形的精度，保证齿圈精密传动，再经补碳和齿部高频热处理，使得工件一定深度的表面马氏体转变，合金化材料性能提升强化，而芯部基本上保持处理前的组织和性能，因而可提高齿部机械性能，保证整个工件高强度，高耐磨性和高韧性的综合。又因是局部改频热处理，齿圈变形小，显著减少淬火变形，降减能耗，能保证产品韧性及压配性能，使得制得的齿圈既具备高精度又具备高强度，齿部具有优越的耐磨性能，齿部的硬度达到HV(0.2) 597-680。
2.本发明所述齿圈制备工艺原材料为FL-4400预合金粉，以质量分数计，还包括Mo0.75-0.95％，Mn 0.05-0.3％，余量为Fe，因碳含量低，烧结后硬度 HRB30-40，易整形，组织为铁素体，因为含有Mo，补碳热处理后硬度高，耐磨，机械强度好。
3.本发明所述的齿圈，原料合理，制备工艺保证其既具备高精度又制备高强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中所述齿圈的结构示意图；
图2是本发明实施例1中所述齿圈的纵截面图。
附图标记说明：
1-法兰；2-齿环；21-齿部。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例公开了一种齿圈的制备工艺，包括如下步骤：
成型步骤：选用FL-4400预合金粉，以质量分数计算，包括C 0.3wt％， Mo0.95wt％，Mn 0.3wt％，余量为铁，采用模具压制零件生坯，所述生坯的密度为6.9g/cm3，如图1所示，包括法兰1，齿环2和齿部3；
烧结步骤：在N2和NH3混合气体氛围中，烧结成型步骤中的生坯，以预热一段温度600℃加热15min，以预热二段温度700℃加热15min，以预热三段温度800℃加热15min，以高温一段温度1020℃加热16min，以高温二段温度1130℃加热17min，以高温三段温度1130℃加热17min，然后冷却110min，至 100℃，其中的N2流速为15m3/h，NH3流速为6m3/h；
整形步骤：将经过烧结后的齿圈进行模具再压制整形，整形后去除齿部毛刺，保证齿圈传动精度；
补碳步骤：对经过整形的齿圈850℃处理3h进行补碳，补碳量为0.8wt％；
热处理步骤：对齿圈的齿部3进行局部高频热处理，具体步骤为，先以水淬剂淬火，然后清洗后以回火温度160℃处理120min，高频条件为100kV， 4500Hz；
后处理步骤：对经过热处理的齿圈去除毛刺和脏物，撑齿内径，车削外圆及端面，保证外圆精度，端面垂直度及内外同轴度，外径压装用，清洗除去铁屑及脏物，并进行油浸防锈制得齿圈。
实施例2
本实施例公开了一种齿圈的制备工艺，包括如下步骤：
成型步骤：选用FL-4400预合金粉，以质量分数计算，包括Mo 0.75wt％，Mn0.05wt％，余量为铁，采用模具压制零件生坯，所述生坯的密度为6.85g/cm3，具体结构与实施例1中相同，如图1所示；
烧结步骤：在N2和NH3混合气体氛围中，烧结成型步骤中的生坯，以预热一段温度595℃加热14min，以预热二段温度695℃加热17min，以预热三段温度795℃加热17min，以高温一段温度1015℃加热16min，以高温二段温度 1125℃加热18min，以高温三段温度1130℃加热18min，然后冷却120min，至 90℃，其中的N2流速为12m3/h，NH3流速为7m3/h，
整形步骤：将经过烧结后的齿圈进行模具再压制整形，整形后去除齿部毛刺，保证齿圈传动精度；
补碳步骤：对经过整形的齿圈840℃处理3.5h进行补碳，补碳量为0.7wt％；
热处理步骤：对齿圈的齿部3进行局部高频热处理，具体步骤为，先以水淬剂淬火，然后清洗后以回火温度140℃处理130min，高频条件为100kV， 4500Hz，
后处理步骤：对经过热处理的齿圈去除毛刺和脏物，撑齿内径，车削外圆及端面，保证外圆精度，端面垂直度及内外同轴度，外径压装用，清洗除去铁屑及脏物，并进行油浸防锈制得齿圈。
实施例3
本实施例公开了一种齿圈的制备工艺，包括如下步骤：
成型步骤：选用FL-4400预合金粉，以质量分数计算，包括C 0.2wt％， Mo0.8wt％，Mn 0.1wt％，余量为铁，采用模具压制零件生坯，所述生坯的密度为6.9g/cm3，具体结构与实施例1中相同，如图1所示；
烧结步骤：在N2和NH3混合气体氛围中，烧结成型步骤中的生坯，以预热一段温度605℃加热16min，以预热二段温度705℃加热15min，以预热三段温度805℃加热15min，以高温一段温度1025℃加热18min，以高温二段温度 1130℃加热16min，以高温三段温度1135℃加热16min，然后冷却115min，至 100℃以下，其中的N2流速为16m3/h，NH3流速为5m3/h；
整形步骤：将经过烧结后的齿圈进行模具再压制整形，整形后去除齿部毛刺，保证齿圈传动精度；
补碳步骤：对经过整形的齿圈860℃处理2.5h进行补碳，补碳量为0.75wt％；
热处理步骤：对齿圈的齿部3进行局部高频热处理，具体步骤为，先以水淬剂淬火，然后清洗后以回火温度150℃处理120min，高频条件为100kV， 4500Hz；
后处理步骤：对经过热处理的齿圈去除毛刺和脏物，撑齿内径，车削外圆及端面，保证外圆精度，端面垂直度及内外同轴度，外径压装用，清洗除去铁屑及脏物，并进行油浸防锈制得齿圈。
实施例4
本实施例公开了一种齿圈的制备工艺，包括如下步骤：
成型步骤：选用FL-4400预合金粉，以质量分数计算，包括C 0.1wt％， Mo 0.85％，Mn 0.2wt％，余量为铁，采用模具压制零件生坯，所述生坯的密度为6.9g/cm3，具体结构与实施例1中相同，如图1所示；
烧结步骤：在N2和NH3混合气体氛围中，烧结成型步骤中的生坯，以预热一段温度598℃加热15min，以预热二段温度689℃加热15min，以预热三段温度798℃加热15min，以高温一段温度1018℃加热16min，以高温二段温度 1128℃加热17min，以高温三段温度1132℃加热17min，然后冷却115min，至 100℃以下，其中的N2流速为13m3/h，NH3流速为7m3/h；
整形步骤：将经过烧结后的齿圈进行模具再压制整形，整形后去除齿部毛刺，保证齿圈传动精度；
补碳步骤：对经过整形的齿圈850℃处理3h进行补碳，补碳量为0.7wt％；
高频步骤：对齿圈的齿部3进行局部高频热处理，具体步骤为，先以水淬剂淬火，然后清洗后以回火温度170℃处理120min，高频条件为100kV，4500Hz；
后处理步骤：对经过热处理的齿圈去除毛刺和脏物，撑齿内径，车削外圆及端面，保证外圆精度，端面垂直度及内外同轴度，外径压装用，清洗除去铁屑及脏物，并进行油浸防锈制得齿圈。
实施例5
本实施例公开了一种齿圈的制备工艺，包括如下步骤：
成型步骤：选用FL-4400预合金粉，以质量分数计算，包括C 0.15wt％， Mo0.9wt％，Mn 0.25wt％，余量为铁，采用模具压制零件生坯，所述生坯的密度为6.9g/cm3，具体结构与实施例1中相同，如图1所示；
烧结步骤：在N2和NH3混合气体氛围中，烧结成型步骤中的生坯，以预热一段温度602℃加热15min，以预热二段温度702℃加热15min，以预热三段温度802℃加热15min，以高温一段温度1022℃加热16min，以高温二段温度 1132℃加热17min，以高温三段温度1135℃加热17min，然后冷却115min，至 100℃以下，其中的N2流速为15m3/h，NH3流速为5m3/h；
整形步骤：将经过烧结后的齿圈进行模具再压制整形，整形后去除齿部毛刺，保证齿圈传动精度；
补碳步骤：对经过整形的齿圈850℃处理3h进行补碳，补碳量0.8wt％；
热处理步骤：对齿圈的齿部3进行局部高频热处理，具体步骤为，先以水淬剂淬火，然后清洗后以回火温度180℃处理110min，高频条件为100kV， 4500Hz；
后处理步骤：对经过热处理的齿圈去除毛刺和脏物，撑齿内径，车削外圆及端面，保证外圆精度，端面垂直度及内外同轴度，外径压装用，清洗除去铁屑及脏物，并进行油浸防锈制得齿圈。
测试例1
将实施例1-5所述的齿圈经烧结后检测其各项性能，结果如表1所示，其中变形量的检测方法为，对齿环外径随机测量6个点，最大和最小值的差就是变形量。
表1实施例1-5所述齿圈经烧结后的性能评价
测试结论：低碳原料制成的齿圈经烧结后变形量小于0.5，硬度较低，易于后续的整形。
测试例2
将实施例1-5所述的齿圈经整形后检测其各项性能，结果如表2所示，其中全长为整个零件的高度，段长为法兰厚度。
表2实施例1-5所述齿圈经整形后的性能评价
| 量具 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 全长 | 千分尺 | 15.01 | 15.005 | 15.000 | 14.995 | 15.005 |
| 段长 | 千分尺 | 5.008 | 5.005 | 4.998 | 4.992 | 5.012 |
| 齿环外径 | 千分尺 | 124.53 | 124.496 | 124.532 | 124.501 | 124.485 |
| 齿顶径 | 投影仪 | 110.49 | 110.485 | 110.492 | 110.483 | 110.498 |
| 跨销径 | 游标卡尺 | 109.85 | 109.82 | 109.83 | 109.82 | 109.86 |
| 变形量 | 千分尺 | 0.043 | 0.045 | 0.038 | 0.040 | 0.035 |
| 圆度 | 千分尺 | 0.05 | 0.045 | 0.055 | 0.053 | 0.048 |
测试例3
将实施例1-5所述的齿圈经补碳后检测其各项性能，结果如表3所示，其中变形量的检测方法为，对齿环外径随机测量6个点，最大和最小值的差就是变形量。
表3实施例1-5所述齿圈经补碳后的性能评价
| 量具 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 硬度(HRB) | 硬度计 | 81 | 84 | 85 | 82 | 80 |
| 变形量 | 千分尺 | 0.078 | 0.068 | 0.075 | 0.078 | 0.076 |
测试结论：低碳原料制成的齿圈经补碳后硬度显著增加。
测试例4
将实施例1-5所述的齿圈经高频后检测其各项性能，结果如表4所示，其中硬度为齿部硬度，其中变形量的检测方法为，对齿环外径随机测量6个点，最大和最小值的差就是变形量。
表4实施例1-5所述齿圈经高频后的性能评价
| 量具 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 硬度(HV0.2) | 硬度计 | 680 | 672 | 621 | 597 | 603 |
| 渗碳层深度 | 硬度计 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.7 | 0.7 |
| 变形量 | 千分尺 | 0.085 | 0.09 | 0.08 | 0.088 | 0.095 |
| 跨销径 | 游标卡尺 | 109.75 | 109.76 | 109.74 | 109.71 | 109.72 |
测试结论：齿圈经补碳后硬度增加，再将齿部进行局部高频热处理，使得齿部的硬度进一步增加，使之具有高精度和高耐磨性，而且变形量小。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种齿圈制备工艺，包括成型步骤，烧结步骤，补碳步骤和热处理步骤，其特征在于，以预合金粉为原料，经所述烧结步骤后还包括整形步骤，所述热处理步骤为齿部局部高频热处理，其中，以所述预合金粉的总质量计，所述预合金粉中包括C 0-0.3wt％，还包括Mo0.75-0.95wt％，Mn 0.05-0.3wt％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的齿圈制备工艺，其特征在于，所述烧结步骤中，以595-805℃预热44-50min，以1015-1135℃高温加热48-54min，冷却110-120min至温度≤100℃。
3.根据权利要求2所述的齿圈制备工艺，其特征在于，所述烧结步骤中，所述预热采用595-605℃加热14-16min，695-705℃加热15-17min，795-805℃加热15-17min，所述高温加热采用1015-1025℃加热16-18min，1125-1135℃加热16-18min，1130-1135℃加热16-18min。
4.根据权利要求1所述的齿圈制备工艺，其特征在于，所述整形步骤中，采用模具对烧结后的齿圈进行再压制，使得整形后的齿圈圆度达到0.045-0.055mm。
5.根据权利要求2所述的齿圈制备工艺，其特征在于，所述补碳步骤中，以质量分数计，补碳量为0.7-0.8％，并以840-860℃热处理2.5-3.5h。
6.根据权利要求1所述的齿圈制备工艺，其特征在于，所述热处理步骤中，对整形后的齿圈齿部进行局部高频淬火和回火，回火温度为140-180℃，回火时间为110-130min。
7.根据权利要求1所述的齿圈制备工艺，其特征在于，在所述热处理步骤之后，还包括后处理步骤，对热处理之后的齿圈进行油浸防锈。
8.一种齿圈，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的齿圈制备工艺制成。
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