CN111020457A - 一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法，包括以下步骤：对弧齿锥齿轮零件进行预处理；将弧齿锥齿轮零件的内孔进行精加工，预留补偿余量0.30～0.40mm；将弧齿锥齿轮零件置于真空度≤15mbar的真空炉内，在960～980℃的温度下进行脉冲式渗碳处理，渗碳气氛每次通入时间为20～40s，扩散气氛每次通入时间为3000～21000s；将弧齿锥齿轮零件进行第一次回火处理；将弧齿锥齿轮零件的内孔的补偿余量去除；将弧齿锥齿轮零件进行淬火处理、冷处理和第二次回火处理，本发明弧齿锥齿轮不同部位具有不同渗碳层深度要求及变形要求。

Description

一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法
技术领域
本发明涉及低碳高合金钢的热处理领域，尤其涉及一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法。
背景技术
15Cr14Co12Mo5Ni钢为低碳高合金钢，是一种新型的渗碳齿轮钢，经淬火后表面可获得高硬度，而且具有优良的强韧性配合。目前国内对于该材料的制造研究仍处于起步和经验积累阶段，关于渗碳层深度的精确控制技术尚不成熟，对于不同部位不同渗碳深度的零件，常采用二次渗碳叠加的工艺方法，但反复的加热加剧了零件的变形，尤其对于薄壁圆筒状零件，剧烈的变形对后续的加工产生极大的影响。若采用压床淬火控制变形，该材料淬火温度高达1060～1070℃将导致淬火操作困难，严重影响产品质量。航空产品中涉及一种弧齿锥齿轮零件，其结构为薄壁圆筒状齿轮零件，要求齿部渗碳深度1.25～1.45mm，齿部渗碳面硬度为63～67HRC，内孔渗碳层深度为0.8～1.0mm，内孔渗碳面硬度≥60HRC，淬火后内孔椭圆度≤0.10，采用传统叠加渗碳、反复加热造成淬火变形，不能得到满足上述要求的弧齿锥齿轮。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不同部位具有不同渗碳层深度要求及变形要求的弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法，包括以下步骤：
S1、对弧齿锥齿轮零件进行预处理；
S2、将预处理后的弧齿锥齿轮零件的内孔进行精加工，预留补偿余量0.30～0.40mm；
S3、将精加工后的弧齿锥齿轮零件置于真空度≤15mbar的真空炉内，在960～980℃的温度下进行脉冲式渗碳处理，渗碳气氛每次通入时间为20～40s，扩散气氛每次通入时间为3000～21000s；
S4、将脉冲式渗碳处理后的弧齿锥齿轮零件进行第一次回火处理；
S5、将回火处理后的弧齿锥齿轮零件的内孔的补偿余量去除；
S5、将去除补偿余量的弧齿锥齿轮零件进行淬火处理；
S6、将淬火处理后的弧齿锥齿轮零件进行冷处理和第二次回火处理。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述步骤S3中，所述渗碳气氛为C2H2，所述扩散气氛为N2；所述渗碳气氛和扩散气氛的流量为1500～2000Nl/h。
所述步骤S3中，所述弧齿锥齿轮零件在进行脉冲式渗碳处理前还包括阶段式保温处理，所述阶段式保温处理包括：先升温至650～750℃保温40～60min，再升温至850～900℃保温40～60min，最后升温至960～980℃保温20～40min。
所述步骤S3和步骤S4之间还包括缓冷处理，所述缓冷处理包括：将脉冲式渗碳处理后的弧齿锥齿轮零件在氮气保护下冷却至100℃以下。
所述缓冷处理的时间为60～90min。
所述步骤S4中，所述第一次回火处理的回火温度为680±30℃，时间为4～5h。
所述步骤S5中，所述淬火处理的温度为1060～1070℃，时间为60～90min。
所述步骤S6中，所述冷处理的温度为-82～-90℃，时间为2～2.5h。
所述步骤S6中，所述第二次回火处理的温度为500±5℃，时间为2～2.5h。
所述渗碳热处理控制方法还包括重复步骤S6 1～2次。
所述步骤S1中，所述预处理具体包括：对弧齿锥齿轮零件除齿部以外的其他表面进行镀铜保护；所述镀铜铜层厚度为0.03～0.05mm。
所述步骤S2中，精加工后弧齿锥齿轮零件的内孔直径方向尺寸相比于淬火前的预设尺寸留有补偿余量0.30～0.40mm。
所述步骤S2和S3之间还包括对弧齿锥齿轮零件的内孔和齿部进行吹砂处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法，在渗碳前通过预留补偿余量（变形量）以及渗碳后去除内孔区域补偿余量（即渗碳层），仅采用一次渗碳就能使弧齿锥齿轮在淬火后满足不同部位具有不同渗碳层深度要求及变形要求，即齿部渗碳深度1.25～1.45mm，齿部渗碳面硬度为63～67HRC，内孔渗碳层深度为0.8～1.0mm，内孔渗碳面硬度≥60HRC，淬火后内孔椭圆度≤0.10，本发明工艺技术合理，有效的控制了渗碳层深度以及淬火变形，为同材料类似结构零件的渗碳处理及淬火变形控制提供了技术参考。
附图说明
图1是本发明实施例1中的工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
某航空产品弧齿锥齿轮要求齿部渗碳深度为1.25～1.45mm，齿部渗碳面硬度为63～67HRC，内孔渗碳层深度为0.8～1.0mm，内孔渗碳面硬度≥60HRC，淬火后内孔椭圆度≤0.10。
本实施例中的弧齿锥齿轮原料为15Cr14Co12Mo5Ni钢。
如图1所示，本实施例的一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法，包括以下步骤：
（1）弧齿锥齿轮零件镀铜前已完成齿部加工，内孔已加工到预定尺寸，以便于后续镀铜。
（2）弧齿锥齿轮零件除齿部外，其余表面镀铜保护，铜层厚度0.03～0.05mm （本实施例为0.035mm）。
（3）对弧齿锥齿轮零件的内孔渗碳区域进行精加工，直径方向尺寸相比于淬火前留有补偿余量0.30～0.40mm（本实施例为0.35mm）。
（4）弧齿锥齿轮零件置于吹砂机内清理内孔及齿部渗碳表面，刚玉砂砂粒大小为(60～100)目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色。
（5）弧齿锥齿轮零件置于真空渗碳炉内，零件平稳装炉，间距≥15mm，保证气氛流通充分。本实施例中，真空渗碳炉包括加热室和气冷室。
（6）弧齿锥齿轮零件进行渗碳：真空渗碳炉加热室预抽真空度13mbar，在700℃保温60min，再升到850℃保温40min，然后升到980℃保温30min，保温结束后采用脉冲式方式通入气氛，渗碳气氛为C2H2，扩散气氛为N2，C2H2和 N2的流量为2000Nl/h，按照C2H2- N2-C2H2-N2的次序完成渗碳处理，每次C2H2的通入时间为35s，N2的通入时间随通入次数的增加逐渐增加（时间范围为3000～10000s），本实施例中， N2每次的通入时间分别为3000s，3400s，3800s……逐渐增加至10000s，最后一步N2最为终扩散气氛，通入时间可适当延长（本实施例中，最后一步N2通入时间为20935s，在其他实施例中，最后通入时间根据实际需要做适当调整），渗碳时间共计38h。渗碳完成后将弧齿锥齿轮零件转移至气冷室，在氮气气氛保护下经90min冷至100℃以下出炉。
（7）弧齿锥齿轮零件进行高温回火：回火温度680℃，回火时间4.5h。
（8）弧齿锥齿轮零件内孔车削：内孔车削至淬火前预设尺寸，即将补偿余量0.35mm车削掉。
（9）弧齿锥齿轮零件进行淬火：弧齿锥齿轮零件平稳放置在真空炉内，淬火温度为1060℃，保温60min，油冷淬火。
（10）弧齿锥齿轮零件淬火后30min内进行冷处理，温度为-85℃，时间为2h。
（11）零弧齿锥齿轮件冷处理回复至室温后进行回火，温度为500℃，时间为2h，然后空冷到室温。
（12）重复第（10）步和第（11）步。
（13）最终检验。
本实施例制得的弧齿锥齿轮齿部渗碳层深为1.37mm，齿部渗碳面硬度为65HRC，内孔渗碳层深度为0.85mm，内孔渗碳面硬度为61HRC，内孔椭圆度为0.10。结论：合格。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种弧齿锥齿轮的渗碳热处理控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对弧齿锥齿轮零件进行预处理；
S2、将预处理后的弧齿锥齿轮零件的内孔进行精加工，预留补偿余量0.30～0.40mm；
S3、将精加工后的弧齿锥齿轮零件置于真空度≤15mbar的真空炉内，在960～980℃的温度下进行脉冲式渗碳处理，渗碳气氛每次通入时间为20～40s，扩散气氛每次通入时间为3000～21000s；
S4、将脉冲式渗碳处理后的弧齿锥齿轮零件进行第一次回火处理；
S5、将回火处理后的弧齿锥齿轮零件的内孔的补偿余量去除；
S5、将去除补偿余量的弧齿锥齿轮零件进行淬火处理；
S6、将淬火处理后的弧齿锥齿轮零件进行冷处理和第二次回火处理。
2.根据权利要求1所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述渗碳气氛为C2H2，所述扩散气氛为N2；所述渗碳气氛和扩散气氛的流量为1500～2000Nl/h。
3.根据权利要求2所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述弧齿锥齿轮零件在进行脉冲式渗碳处理前还包括阶段式保温处理，所述阶段式保温处理包括：先升温至650～750℃保温40～60min，再升温至850～900℃保温40～60min，最后升温至960～980℃保温20～40min。
4.根据权利要求2所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4之间还包括缓冷处理，所述缓冷处理包括：将脉冲式渗碳处理后的弧齿锥齿轮零件在氮气保护下冷却至100℃以下。
5.根据权利要求4所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述缓冷处理的时间为60～90min。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述第一次回火处理的回火温度为680±30℃，时间为4～5h。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述淬火处理的温度为1060～1070℃，时间为60～90min。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述冷处理的温度为-82～-90℃，时间为2～2.5h。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述第二次回火处理的温度为500±5℃，时间为2～2.5h。
10.根据权利要求1至5中任一项的渗碳热处理控制方法，其特征在于：所述渗碳热处理控制方法还包括重复步骤S6 1～2次。
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