CN111304581A - 重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，通过在对待处理齿轮进行真空渗碳处理前，对待处理齿轮表面进行超音速微粒轰击，实现对待处理齿轮表面进行复合催渗处理，使得待处理齿轮表面产生塑性变形，形成晶粒细小，晶界多的复合改性层，便于碳原子的扩散与渗入待处理齿轮表面。在完成一个复合催渗‑真空渗碳的循环渗碳周期后，通过反复执行多个复合催渗‑真空渗碳的循环渗碳周期，使得待处理齿轮表面生成碳浓度较高、厚度较大、表面强硬度较大的渗碳层。本申请涉及的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，在较短时间内即可获得相对于传统气氛渗碳方法而言碳浓度更高、厚度更大、表面强硬度更大的渗碳层，满足重载齿轮的服役需求。

Description

重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法

技术领域

本申请涉及机械工件表面处理技术领域，特别是涉及一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法。

背景技术

重载齿轮是机械传动系统中的重要组成部分，一般应用于工作时间比较长，承载力较高的工作环境，在传动过程中既要传递动力又要传递扭矩。因此，对重载齿轮表面强化技术的研究非常重要。相关研究表明，重载齿轮需要更高的表面含碳量来保证重载齿轮的结构强度和表面硬度。

渗碳是对机械工件表面处理的一种方式，具体方法是将机械工件置入活性渗碳介质中，加热到900摄氏度-950摄氏度的单相奥氏体区温度，保温足够时间后，使活性渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入至机械工件表层，从而使得机械工件获得表层高碳的渗碳层，机械工件心部仍保持原有成分。渗碳层能够显著提高重载齿轮的结构强度和表面硬度。传统对于机械工件的渗碳处理，一般是采用气氛渗碳的方式，在不影响机械工件的尺寸精度的条件下，可以在机械工件的表面形成致密的渗碳层。

然而，传统运用气氛渗碳的方式，具体应用于重载齿轮表面渗碳层的渗碳处理时，会存在一个很大的问题：即渗碳处理时间过长且渗碳层厚度不够大。例如，要形成3.3毫米厚度的渗碳层，气氛渗碳的时间一般需要40小时，时间过于冗长，作业效率低下。并且，重载齿轮在实际服役过程中，所需渗碳层的厚度必须达到很大，方能满足使用需求，传统运用气氛渗碳的渗碳处理方法无法加工出厚度足够大的渗碳层。

发明内容

基于此，有必要针对传统运用气氛渗碳的渗碳处理方法应用于重载齿轮时存在渗碳处理时间过长且渗碳层厚度不够大的问题，提供一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法。

本申请提供一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，包括：

一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，包括：

S100，选取一个或多个重载齿轮作为待处理齿轮；

S300，采用球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末对所述待处理齿轮的表面进行超音速微粒轰击；

S500，将所述待处理齿轮置入真空环境中，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，以对所述待处理齿轮进行真空渗碳处理，在所述待处理齿轮的表面形成渗碳层；

S700，对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次，直至所述待处理齿轮表面的渗碳层的厚度大于或等于预设渗碳层厚度和/或所述待处理齿轮表面的渗碳层的碳浓度大于或等于预设渗碳层碳浓度；N为正整数，且N不小于1。

在所述步骤S500之后，所述方法还包括：

S610，获取所述待处理齿轮的服役工况；

S620，依据所述待处理齿轮的服役工况，分析并计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的厚度，作为预设渗碳层厚度，以及计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的碳浓度，作为预设渗碳层碳浓度；

S630，检测具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，并依据所述预设渗碳层厚度和/或所述预设渗碳层碳浓度，以及所述具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，计算需要反复执行步骤S300至步骤S500的次数N。

在所述步骤S300之前，所述方法还包括：

S200，去除所述待处理齿轮表面的氧化皮和/或油污。

所述步骤S300包括：

S310，按1∶9的重量比混合α-Al₂O₃球形颗粒和稀土粉末，得到球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，并对所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末进行干燥处理；

S320，固定所述待处理齿轮的位置，采用超音速微粒轰击设备，向所述待处理齿轮的表面轰击所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，持续预设轰击时间段。

所述α-Al₂O₃球形颗粒的粒径位于40微米至60微米的范围内，所述预设轰击时间段位于4分钟至8分钟的范围内，复合粉末喷射速度大于500米/秒。

所述步骤S500包括：

S510，将所述待处理齿轮置入真空渗碳炉，将所述真空渗碳炉内的炉内压强抽至小于100千帕，以使得所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境；

S520，在所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境后，将所述真空渗碳炉加热至预设渗碳温度；

S530，在所述真空渗碳炉达到所述预设渗碳温度后，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，持续预设渗碳时间。

所述气体渗碳剂为甲烷、乙烷和乙炔中的一种，所述保护气体为氮气。

在所述步骤S530之后，所述步骤S500还包括：

S540，对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行热处理。

所述热处理的方式包括高温回火处理、油淬处理、深冷处理和低温回火处理中的一种或多种；

在所述步骤S700对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次的过程中，在每次执行所述步骤S300前，所述步骤S700还包括：

S800，采用砂纸打磨所述待处理齿轮的表面，以去除预设去除厚度的所述待处理齿轮表面的渗碳层。

本发明的有益效果是：

本申请涉及一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，通过在对待处理齿轮进行真空渗碳处理前，对待处理齿轮表面进行超音速微粒轰击，实现对待处理齿轮表面进行复合催渗处理，使得待处理齿轮表面产生塑性变形，形成晶粒细小，晶界多的复合改性层，便于碳原子的扩散与渗入待处理齿轮表面。在完成一个复合催渗-真空渗碳的循环渗碳周期后，通过反复执行多个复合催渗-真空渗碳的循环渗碳周期，使得待处理齿轮表面生成碳浓度较高、厚度较大、表面强硬度较大的渗碳层。本申请涉及的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，在较短时间内即可获得相对于传统气氛渗碳方法而言碳浓度更高、厚度更大、表面强硬度更大的渗碳层，满足重载齿轮的服役需求。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法的方法流程图；

图2为本申请一实施例提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法和传统气氛渗碳处理方法的渗碳层硬度对比示意图；

图3为传统气氛渗碳处理方法的渗碳层截面组织形貌示意图；

图4为本申请一实施例提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法的渗碳层截面组织形貌对比示意图；

图5为本申请一实施例提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法和传统气氛渗碳处理方法的渗碳层厚度对比示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法。

需要说明的是，本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法不限制其应用领域与应用场景。可选地，本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法应用于重载齿轮机械加工后的渗碳处理工艺。

本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法并不限制其执行主体。可选地，本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法的执行主体可以为一种循环渗碳处理装置。可选地，所述执行主体可以为循环渗碳处理装置中的一个或多个处理器。

如图1所示，在本申请的一实施例中，所述重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法包括如下步骤S100至步骤S700：

S100，选取一个或多个重载齿轮作为待处理齿轮。

具体地，本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，可以对一个重载齿轮进行循环渗碳处理，也可以同时对多个重载齿轮进行循环渗碳处理。若选取的重载齿轮为多个，则选取重载齿轮时需要选取同一类型和同一型号的重载齿轮作为待处理齿轮。

S300，采用球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末对所述待处理齿轮的表面进行超音速微粒轰击。

具体地，球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末由α-Al₂O₃球形颗粒和稀土粉末混合制备而成。稀土粉末中的稀土元素可以为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇中的一种或多种。本步骤中，通过超音速微粒轰击设备对所述待处理齿轮喷射球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，可以得待处理齿轮表面产生塑性变形，形成晶粒细小，晶界多的复合改性层，便于碳原子的扩散与渗入待处理齿轮表面。因此，本步骤实质上是为后续步骤S500真空渗碳处理执行之前的预处理，也称为复合催渗处理，目的是为了便于后续真空渗碳处理中碳原子能更好的渗入待处理齿轮的表面。

S500，将所述待处理齿轮置入真空环境中，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，以对所述待处理齿轮进行真空渗碳处理，在所述待处理齿轮的表面形成渗碳层。

具体地，所述气体渗碳剂和保护气体在所述待处理齿轮加热至预设渗碳温度后交替通入。所述预设渗碳温度可以处于900摄氏度至950摄氏度的范围内。在达到所述预设渗碳温度后，所述气体渗碳剂中分解出碳原子，渗入所述待处理齿轮的表面，形成渗碳层。由于在通入气体渗碳剂的过程中，所述待处理齿轮的表面碳浓度不断升高，在达到一定浓度后，碳原子难以继续渗入。为了使得所述待处理齿轮表面碳浓度呈现梯度，需要停止通入气体渗碳剂，改为通入保护气体，使得待处理齿轮表面碳浓度降低，呈现梯度，碳原子重新能够渗入所述待处理齿轮表面。因此，通过依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，在所述待处理齿轮表面形成渗碳层的碳浓度较高，渗碳层厚度较大。

S700，对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次，直至所述待处理齿轮表面的渗碳层的厚度大于或等于预设渗碳层厚度和/或所述待处理齿轮表面的渗碳层的碳浓度大于或等于预设渗碳层碳浓度。其中，N为正整数，且N不小于1。

具体地，前述步骤S300为复合催渗处理，步骤S500为真空渗碳处理，步骤S300和步骤S500执行完毕后，相当于执行完了一个循环渗碳周期。一个循环渗碳周期包括复合催渗处理和真空渗碳处理。为了获取组织更优、表面强硬度更高、厚度更大的渗碳层，需要在一个循环渗碳周期处理的基础上，对具有渗碳层的待处理齿轮重复执行多个循环渗碳周期，执行次数为N，且N不小于1。

在执行一个循环渗碳周期后，具有渗碳层的待处理齿轮的表面，复合改性层会消失或减弱。这是因为在真空渗碳处理的过程中，复合改性层会的晶粒会发生原位长大的现象，例如两个晶粒转化为一个晶粒，这会大大的弱化复合改性层。为了加强复合改性层，在下一个循环渗碳周期的过程中，依然要先执行步骤S300，对具有渗碳层的待处理齿轮的表面进行超音速微粒轰击。在执行所述步骤S300之后，再执行步骤S500中的真空渗碳步骤。

N个循环渗碳周期中(即执行N次步骤S300至步骤S500)中，不同循环渗碳周期之间，步骤S300的工艺相同，步骤S500的工艺也相同，不会存在差异。例如，第一个循环渗碳周期在执行步骤S300进行超音速微粒轰击时使用的复合粉末为球形α-Al₂O₃-镧复合粉末，第二个循环渗碳周期在执行步骤S300时，也需要使用球形α-Al₂O₃-镧复合粉末。

本申请涉及的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，相对传统气氛渗碳方法而言，处理时间大大缩短。实验证明，加工3.3毫米厚度的渗碳层，传统气氛渗碳方法需要40小时，而本申请整体需要耗费9小时。

本实施例中，通过在对待处理齿轮进行真空渗碳处理前，对待处理齿轮表面进行超音速微粒轰击，实现对待处理齿轮表面进行复合催渗处理，使得待处理齿轮表面产生塑性变形，形成晶粒细小，晶界多的复合改性层，便于碳原子的扩散与渗入待处理齿轮表面。在完成一个复合催渗-真空渗碳的循环渗碳周期后，通过反复执行多个复合催渗-真空渗碳的循环渗碳周期，使得待处理齿轮表面生成碳浓度较高、厚度较大、表面强硬度较大的渗碳层。本申请涉及的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，在较短时间内即可获得相对于传统气氛渗碳方法而言碳浓度更高、厚度更大、表面强硬度更大的渗碳层，满足重载齿轮的服役需求。

在本申请的一实施例中，在所述步骤S500之后，所述方法还包括如下步骤S610至步骤S630：

S610，获取所述待处理齿轮的服役工况。具体地，在步骤S500之后，步骤S700之前，还需要执行步骤S610至步骤S630，以确定N的具体数值。首先，在步骤S610中，获取所述待处理齿轮的服役工况。所述待处理齿轮的服役工况可以由工作人员预先分析并存储。在步骤S610中，提取预先存储的所述待处理齿轮的服役工况。所述待处理齿轮的服役工况可以包括所述待处理齿轮的型号、碳含量、承载力和服役时间的一种或多种。

S620，依据所述待处理齿轮的服役工况，分析并计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的厚度，作为预设渗碳层厚度。以及计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的碳浓度，作为预设渗碳层碳浓度。

具体地，可以依据所述待处理齿轮的服役工况，计算得出所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的厚度和碳浓度，作为预设渗碳层厚度。一般来说，所述待处理齿轮的承载力越大，需要服役的时间越长，所述预设渗碳层厚度越大，所述预设渗碳层碳浓度越高。

S630，检测具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度。进一步地，依据所述预设渗碳层厚度和/或所述预设渗碳层碳浓度，以及所述具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，计算需要反复执行步骤S300至步骤S500的次数N。

具体地，可以依据获取执行步骤S500之后的经过复合催渗处理与真空渗碳处理后的待处理齿轮，检测该待处理齿轮的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度。进一步地，依据所述预设渗碳层厚度和/或所述预设渗碳层碳浓度，以及所述具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，计算需要反复执行步骤S300至步骤S500的次数N。工作人员可以设定评价的标准，如果评价标准仅为渗碳层厚度，则只依据所述预设渗碳层厚度和所述具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度，计算N。当然，计算N还需要对一次复合催渗处理与真空渗碳处理(即执行一次步骤S300至步骤S500)后形成的渗碳层厚度进行预估。例如，每次复合催渗处理与真空渗碳处理(即每执行一次步骤S300至步骤S500)，渗碳层厚度增加比例为原渗碳层厚度的20％，则依据公式1计算N：

X(1+20％)^N＝Y 公式1

其中，X为第一执行步骤S300至步骤S500后，所述待处理齿轮表面渗碳层的厚度，Y为所述预设渗碳层厚度，N为需要反复执行步骤S300至步骤S500的次数。

例如，所述预设渗碳层厚度为2毫米，第一执行步骤S300至步骤S500后，所述待处理齿轮表面渗碳层的厚度为1毫米，可以通过公式2计算得出N为4，即需要在步骤S700中，反复执行4次步骤S300至步骤S500，方能获得2毫米的渗碳层厚度。

当然，评价标准可以仅为渗碳层厚度，也可以仅为渗碳层碳浓度，也可以为渗碳层厚度和渗碳层碳浓度。当评价标准为渗碳层厚度和渗碳层碳浓度时，N的数字，必须满足反复执行N次执行步骤S300至步骤S500之后，所述待处理齿轮表面的渗碳层的厚度不但要达到预设渗碳层厚度的要求(即大于或等于预设渗碳层厚度)，而且渗碳层的碳浓度要达到预设渗碳层碳浓度的要求(即大于或等于预设渗碳层碳浓度)。

本实施例中，通过在对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次之前，对待处理齿轮的服役工况进行分析，可以计算得出述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的渗碳层厚度和渗碳层碳浓度，从而可以实现根据不同服役工况，制定相应的循环渗碳工艺的周期数。

在本申请的一实施例中，在所述步骤S300之前，所述重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法还包括如下步骤：S200，去除所述待处理齿轮表面的氧化皮和/或油污。

具体地，所述待处理齿轮表面可能存在防氧化的油污，或者氧化皮。在执行循环渗碳处理之前，需要清洗所述待处理齿轮表面的油污和/或去除所述待处理齿轮表面的氧化皮。可选地，使用酒精或丙酮清洗所述待处理齿轮表面的油污。可选地，使用60目至2000目的砂纸对所述待处理齿轮表面进行打磨，去除所述待处理齿轮表面的氧化皮。

本实施例中，通过去除所述待处理齿轮表面的氧化皮和/或油污，使得所述待处理齿轮露出表面的金属组织，避免后续循环渗碳处理过程中掺杂杂质。

在本申请的一实施例中，所述步骤S300包括如下步骤S310至步骤S320：

S310，按1∶9的重量比混合α-Al₂O₃球形颗粒和稀土粉末，得到球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末。进一步地，对所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末进行干燥处理。

可选地，稀土粉末可以为镧粉末。稀土在复合催渗处理中作为催渗剂，其作用是细化待处理齿轮表面组织，活化聚集在待处理齿轮表面的渗入原子(即碳原子)，使得渗入原子(即碳原子)的活性更强，能量更大，以及进入基材内使晶格发生畸变。总之，稀土可以使得碳原子更容易渗入待处理齿轮表面。

具体地，所述步骤S310可以包括如下步骤S311至步骤S314：

S311，将α-Al₂O₃球形颗粒和镧粉末按1∶9的重量比称重；

S312，将α-Al₂O₃球形颗粒和镧粉末进行真空球磨混粉处理，使得二者充分混合；

S313，将混合后形成的球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末进行真空干燥处理；

S314，将真空干燥后的球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末置入中温炉中进行去结晶水处理。

稀土粉末较为容易吸水，因此步骤S313和步骤S314的目的均为去除所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末中的水。

S320，固定所述待处理齿轮的位置，采用超音速微粒轰击设备，向所述待处理齿轮的表面轰击所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，持续预设轰击时间段。

具体地，所述超音速微粒轰击设备可以为超音速微粒轰击设备枪。将所述待处理齿轮固定在超音速微粒轰击设备枪头附近，所述待处理齿轮和超音速微粒轰击设备枪头的距离可以根据超音速微粒轰击设备枪的参数设定。

本实施例中，通过采用超音速微粒轰击设备对所述待处理齿轮轰击α-Al₂O₃球形颗粒和稀土粉末，使得待处理齿轮表面出行由稀土掺杂的纳米细晶催渗层(即复合改性层)，从而使得待处理齿轮表面产生表面形变，产生大量位错缠结、塞积以及位错墙，随后形成亚晶界(包括未来得及形成的亚晶界)，最后扩展为特殊的大角晶界与纳米晶，使得后续真空渗碳过程中碳原子更容易扩散并渗入待处理齿轮的表面。

在本申请的一实施例中，所述α-Al₂O₃球形颗粒的粒径位于40微米至60微米的范围内。所述预设轰击时间段位于4分钟至8分钟的范围内。复合粉末喷射速度大于500米/秒。

具体地，所述α-Al₂O₃球形颗粒的粒径可以为50微米。所述预设轰击时间段可以为6分钟。所述超音速微粒轰击设备的喷射头的移动速度可以位于1米/秒至2米/秒的范围内，具体可以为1.5米/秒。所述超音速微粒轰击设备的轰击气压可以位于1.5兆帕至2兆帕的范围内，具体可以为1.75兆帕。轰击得到的复合改性层的深度可以位于60微米至90微米的范围内，具体可以为75微米。

本实施例中，通过设定超音速微粒轰击设备在轰击待处理齿轮表面过程中的工艺参数，使得轰击过程工作效率高，轰击效果好。

在本申请的一实施例中，所述步骤S500包括如下步骤S510至步骤S530：

S510，将所述待处理齿轮置入真空渗碳炉，将所述真空渗碳炉内的炉内压强抽至小于100千帕，以使得所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境。

具体地，真空渗碳炉的型号不作限制，可以使用ECM(依西埃姆)公司生产的真空渗碳炉。

S520，在所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境后，将所述真空渗碳炉加热至预设渗碳温度。

具体地，所述预设渗碳温度可以位于900摄氏度至950摄氏度的范围内。体地，所述预设渗碳温度可以为925摄氏度。

S530，在所述真空渗碳炉达到所述预设渗碳温度后，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，持续预设渗碳时间。

具体地，所述气体渗碳剂可以为乙炔气体。所述保护气体可以为氮气。每次通入乙炔气体时，乙炔气体的通入流量可以位于1000平方米/小时至2000平方米/小时的范围内，具体可以为1500平方米/小时。

本实施例中，通过依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序，向放置有预先进行复合催渗处理后的待处理齿轮的真空渗碳炉交替通入气体渗碳剂和保护气体，实现了在待处理齿轮的表面形成碳浓度较高，厚度较大的渗碳层。且由于有预先复合催渗处理，本步骤进行的真空渗碳处理时间大大缩短。

在本申请的一实施例中，所述气体渗碳剂为甲烷、乙烷和乙炔中的一种，所述保护气体为氮气。

具体地，所述气体渗碳剂可以为乙炔。

本实施例中，通过合理选取气体渗碳剂和保护气体，使得向真空渗碳炉交替通入气体渗碳剂和保护气体时，能够使得所述待处理齿轮表面产生合理的碳浓度梯度变化，促进碳原子的渗入。

在本申请的一实施例中，在所述步骤S530之后，所述步骤S500还包括如下步骤：

S540，对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行热处理。

具体地，所述热处理的时间依据所述待处理齿轮的服役工况制定。

本实施例中，通过对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行热处理，使得经历循环渗碳处理的待处理齿轮的表面强硬度和耐磨性能大大提升。

在本申请的一实施例中，所述热处理的方式包括高温回火处理、油淬处理、深冷处理和低温回火处理中的一种或多种。

具体地，以下的一个实施例列举一个完整的热处理工艺，包括如下步骤S541至步骤S544：

S541，将真空渗碳炉的炉温降至550摄氏度至650摄氏度之间，对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行高温回火处理，处理时间为2小时至4小时。

S542，取出经历高温回火的待处理齿轮，对该待处理齿轮进行油淬处理，处理时间为1小时至2小时；

S543，对经历油淬处理的待处理齿轮进行深冷处理，深冷处理的温度位于零下80摄氏度至零下150摄氏度的范围内，处理时间为2小时。

S544，对经历深冷处理的待处理齿轮进行低温回火处理，低温回火处理的温度位于200摄氏度至250摄氏度的范围内，处理时间为2小时。

以上实施例仅为热处理方式的一种实施例，并不限制其他种类的热处理方式和热处理工艺顺序。

本实施例中，通过对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行高温回火处理、油淬处理、深冷处理和低温回火处理中的一种或多种，使得经历循环渗碳处理的待处理齿轮的表面强硬度和耐磨性能大大提升。

在本申请的一实施例中，在所述步骤S700对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次的过程中，在每次执行所述步骤S300前，所述步骤S700还包括如下步骤：

S800，采用砂纸打磨所述待处理齿轮的表面，以去除预设去除厚度的所述待处理齿轮表面的渗碳层。

具体地，在步骤S700执行的过程中，需要多次执行步骤S300和步骤S500。在每一次执行步骤S500后，执行下一次步骤S300前，由于所述待处理齿轮的表面经历循环渗碳处理，表面具有渗碳层。然而，渗碳层的表面碳浓度较高，越往渗碳层内部，碳浓度越低。为了确保下一次执行步骤S300和步骤S500前，碳原子能够较高效的渗入，需要在下一次执行步骤S300，磨去待处理表面渗碳层的一定厚度。这样可以实现去除待处理表面渗碳层中碳浓度较高的部分，便于后续执行下一个循环渗碳周期时，碳原子能够更容易渗入待处理齿轮表面，使得渗碳层整体碳浓度增高，碳原子可以渗入待处理齿轮更深处，进而使得渗碳层厚度增大。可选地，磨去的预设去除厚度可以位于50微米至100微米的范围内。

举例说明，整个重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法的流程应当是：

步骤S100-步骤S300-步骤S500-打磨所述待处理齿轮的表面-步骤S300-步骤S500-打磨所述待处理齿轮的表面-步骤S300-步骤S500-打磨所述待处理齿轮的表面……直至渗碳层厚度大于或等于预设渗碳层厚度和/或渗碳层的碳浓度大于或等于预设渗碳层碳浓度。

本实施例中，通过在每一次执行所述步骤S300前，采用砂纸打磨所述待处理齿轮的表面，可以去除预设去除厚度的所述待处理齿轮表面的渗碳层，从而实现去除待处理表面渗碳层中碳浓度较高的部分，便于后续执行下一个循环渗碳周期时，碳原子能够更容易渗入待处理齿轮表面，使得渗碳层整体碳浓度增高，碳原子可以渗入待处理齿轮更深处，进而使得渗碳层厚度增大。

本申请为验证本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，相对于传统气氛渗碳方法而言碳浓度更高、厚度更大、表面强硬度更大的渗碳层，满足重载齿轮的服役需求，进行了对比试验。具体地，设定通过传统气氛渗碳方法对待处理齿轮进行渗碳处理的的对照组，以及通过本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法对待处理齿轮进行渗碳处理的实验组。

如图2、图3、图4和图5所示，经本申请提供的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法进行处理的待处理齿轮，与传统气氛渗碳方法处理的待处理齿轮相比，齿轮表面的渗碳层的硬度和厚度更高，组织更细小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求书。

Claims (10)

1.一种重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，包括：

S100，选取一个或多个重载齿轮作为待处理齿轮；

S300，采用球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末对所述待处理齿轮的表面进行超音速微粒轰击；

S500，将所述待处理齿轮置入真空环境中，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，以对所述待处理齿轮进行真空渗碳处理，在所述待处理齿轮的表面形成渗碳层；

S700，对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次，直至所述待处理齿轮表面的渗碳层的厚度大于或等于预设渗碳层厚度和/或所述待处理齿轮表面的渗碳层的碳浓度大于或等于预设渗碳层碳浓度；N为正整数，且N不小于1。

2.根据权利要求1所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，在所述步骤S500之后，所述方法还包括：

S610，获取所述待处理齿轮的服役工况；

S620，依据所述待处理齿轮的服役工况，分析并计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的厚度，作为预设渗碳层厚度，以及计算所述待处理齿轮表面的渗碳层所需达到的碳浓度，作为预设渗碳层碳浓度；

S630，检测具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，并依据所述预设渗碳层厚度和/或所述预设渗碳层碳浓度，以及所述具有渗碳层的待处理齿轮表面的渗碳层厚度和/或渗碳层碳浓度，计算需要反复执行步骤S300至步骤S500的次数N。

3.根据权利要求2所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，在所述步骤S300之前，所述方法还包括：

S200，去除所述待处理齿轮表面的氧化皮和/或油污。

4.根据权利要求3所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，所述步骤S300包括：

S310，按1∶9的重量比混合α-Al₂O₃球形颗粒和稀土粉末，得到球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，并对所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末进行干燥处理；

S320，固定所述待处理齿轮的位置，采用超音速微粒轰击设备，向所述待处理齿轮的表面轰击所述球形α-Al₂O₃-稀土复合粉末，持续预设轰击时间段。

5.根据权利要求4所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，所述α-Al₂O₃球形颗粒的粒径位于40微米至60微米的范围内，所述预设轰击时间段位于4分钟至8分钟的范围内，复合粉末喷射速度大于500米/秒。

6.根据权利要求5所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，所述步骤S500包括：

S510，将所述待处理齿轮置入真空渗碳炉，将所述真空渗碳炉内的炉内压强抽至小于100千帕，以使得所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境；

S520，在所述真空渗碳炉的炉内形成真空环境后，将所述真空渗碳炉加热至预设渗碳温度；

S530，在所述真空渗碳炉达到所述预设渗碳温度后，依据气体渗碳剂-保护气体-气体渗碳剂的顺序交替通入气体渗碳剂和保护气体，持续预设渗碳时间。

7.根据权利要求6所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，所述气体渗碳剂为甲烷、乙烷和乙炔中的一种，所述保护气体为氮气。

8.根据权利要求7所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，在所述步骤S530之后，所述步骤S500还包括：

S540，对经历所述预设渗碳时间后的待处理齿轮进行热处理。

9.根据权利要求8所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，所述热处理的方式包括高温回火处理、油淬处理、深冷处理和低温回火处理中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的重载齿轮表面渗碳层的循环渗碳处理方法，其特征在于，在所述步骤S700对具有渗碳层的待处理齿轮反复执行步骤S300至步骤S500N次的过程中，在每次执行所述步骤S300前，所述步骤S700还包括：

S800，采用砂纸打磨所述待处理齿轮的表面，以去除预设去除厚度的所述待处理齿轮表面的渗碳层。

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