CN111549206A - 一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺 - Google Patents

一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，包括使用中合金钢原料热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢。本发明通过亚温二次正火对齿轮胚料结晶晶粒细化，降低钢件的开裂倾向，供氧充分热解燃烧脱氢，减少氢脆现象，调质处理均匀强化组织结构，使其内部结构均匀致密，提高导热散热性能，避免钢结构分层，喷丸处理清除钢材表面污物，增加工件与防护涂层的结合强度，配合热镀锌层达到耐磨防锈的效果，强化粗制齿轮表面组织结构，整体渗碳和外侧淬火层碳氮共渗结合，提高齿轮钢整体性能。

Description

一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺。
背景技术
齿轮钢是汽车、铁路、船舶、工程机械中使用特殊合金钢中要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料。齿轮钢正朝着高性能、长寿命、齿轮运行平稳、低噪音、安全性、低成本、易加工、多品种等方向发展。晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒，淬火后得到细马氏体组织，明显改善齿轮的疲劳性能，同时减少齿轮热处理后的变形量。
细致的组织结构能够提高钢的硬度和韧性，但是钢材中常常会出现带状组织结构，使刚才内部出现结构分层。带状组织是钢的组织缺陷，对齿轮钢而言，严重的带状组织将影响渗碳的均匀性，增加淬火变形程度，结构一体化程度低，散热不均匀，使其耐磨性大大降低，影响齿轮钢的使用寿命。
因此，发明一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，通过亚温二次正火对齿轮胚料结晶晶粒细化，降低钢件的开裂倾向，供氧充分热解燃烧脱氢，减少氢脆现象，热油淬火和高温回火对钢材进行调质处理，均匀强化组织结构，使其内部结构均匀致密，提高导热散热性能，避免钢结构分层，喷丸处理清除钢材表面污物，增加工件与防护涂层的结合强度，配合热镀锌层达到耐磨防锈的效果，强化粗制齿轮表面组织结构，整体渗碳和外侧淬火层碳氮共渗结合，提高钢件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气、过热蒸汽腐蚀能力和抗回火软化能力，增强齿轮钢整体性能，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，具体操作步骤为：
步骤一：使用中合金钢原料热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢；
步骤二：将二次正火后的齿轮胚料进行调质处理，均匀强化组织结构，并对强化后的齿轮胚料机械粗加工，制成粗制齿轮；
步骤三：将粗制齿轮真空空冷淬火后低温回火，并在真空空冷淬火和回火加热过程中整体渗碳；
步骤四：对低温回火后的粗制齿轮进行喷丸处理，使用铸钢丸轰击粗制齿轮表面并植入残余压应力，强化粗制齿轮表面，喷丸结束后，打磨粗制齿轮表面，去除杂质和表皮层；
步骤五：将表面强化的粗制齿轮表面淬火，并在淬火加热中对粗制齿轮外侧淬火层碳氮共渗；
步骤六：将经过上述步骤后的粗制齿轮精加工，并清理掉加工余料后热镀锌层。
优选的，所述步骤一中亚温二次正火工艺分别如下：
第一次正火加热温度为930-980℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至500℃；
第二次正火加热温度为870-920℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至常温。
优选的，所述步骤二中调质处理包括热油淬火和高温回火，所述热油淬火和高温回火工艺分别如下：
将齿轮胚料加热至900-950℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为60-80℃；
将热油淬火后的齿轮胚料加热至620-630℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20-30℃。
优选的，所述步骤三中真空空冷淬火后低温回火工艺如下：
将粗制齿轮加热至800-820℃，保温1.5h，出炉后真空空冷；
将真空空冷淬火后的粗制齿轮加热至200-220℃，保温1.5h，出炉后水冷，冷却水温度设置为20-30℃。
优选的，所述步骤四中铸钢丸粒度设置为20-30目，所述喷丸压力设置为0.5MPa，所述粗制齿轮表面打磨厚度为0.2mm。
优选的，所述步骤五中表面淬火将粗制齿轮外侧表面快速加热至500-550℃，保温20min，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20-30℃。
优选的，所述步骤六中热镀锌层时将齿轮经过除油、酸洗、浸药和烘干预热处理，并将烘干预热后的齿轮浸入熔化的锌液中镀膜，等温后取出。
优选的，所述烘干预热处理后齿轮温度为200-250℃，所述热镀锌层的厚度设置为0.3mm。
优选的，所述中合金钢原料设置为30Mn2MoW。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
通过亚温二次正火对齿轮胚料结晶晶粒细化，降低钢件的开裂倾向，供氧充分热解燃烧脱氢，减少氢脆现象，热油淬火和高温回火对钢材进行调质处理，均匀强化组织结构，使其内部结构均匀致密，提高导热散热性能，避免钢结构分层，喷丸处理清除钢材表面污物，增加工件与防护涂层的结合强度，配合热镀锌层达到耐磨防锈的效果，强化粗制齿轮表面组织结构，整体渗碳和外侧淬火层碳氮共渗结合，提高钢件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气、过热蒸汽腐蚀能力和抗回火软化能力，增强齿轮钢整体性能。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1：
本发明提供了一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，具体操作步骤为：
步骤一：使用中合金钢原料30Mn2MoW热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢，亚温二次正火工艺分别如下：
第一次正火加热温度为930℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至500℃；
第二次正火加热温度为870℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至常温；
通过亚温二次正火获得优良的强韧性配合，使材质成分均匀化，获得均匀细化的组织；
步骤二：将二次正火后的齿轮胚料进行调质处理，均匀强化组织结构，并对强化后的齿轮胚料机械粗加工，制成粗制齿轮；
调质处理包括热油淬火和高温回火，所述热油淬火和高温回火工艺分别如下：
将齿轮胚料加热至900℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为60℃；
将热油淬火后的齿轮胚料加热至620℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20℃；
步骤三：将粗制齿轮真空空冷淬火后低温回火，并在真空空冷淬火和回火加热过程中整体渗碳；
真空空冷淬火后低温回火工艺如下：
将粗制齿轮加热至800℃，保温1.5h，出炉后真空空冷；
将真空空冷淬火后的粗制齿轮加热至200℃，保温1.5h，出炉后水冷，冷却水温度设置为20℃；
步骤四：对低温回火后的粗制齿轮进行喷丸处理，使用铸钢丸轰击粗制齿轮表面并植入残余压应力，强化粗制齿轮表面，喷丸结束后，打磨粗制齿轮表面，去除杂质和表皮层；
铸钢丸粒度设置为20目，所述喷丸压力设置为0.5MPa，所述粗制齿轮表面打磨厚度为0.2mm；
步骤五：将表面强化的粗制齿轮表面淬火，并在淬火加热中对粗制齿轮外侧淬火层碳氮共渗；
表面淬火将粗制齿轮外侧表面快速加热至500℃，保温20min，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20℃；
步骤六：将经过上述步骤后的粗制齿轮精加工，并清理掉加工余料后热镀锌层；
热镀锌层时将齿轮经过除油、酸洗、浸药和烘干预热处理，并将烘干预热后的齿轮浸入熔化的锌液中镀膜，等温后取出；
烘干预热处理后齿轮温度为200℃，所述热镀锌层的厚度设置为0.3mm。
本实施例中制备的齿轮淬火变形小，硬度高，耐磨性好，内部结构均匀致密，导热散热性能好，整体性能优，外表面摩擦抓持力强，传动效果好，该齿轮钢耐腐蚀抗氧化，另外，测得该齿轮钢外层渗碳深度为2.1mm，渗碳总含量为0.95％，在对该齿轮钢进行力学性能测试后，结果显示：该齿轮钢抗拉强度为900MPa，屈服强度为863MPa，齿轮硬度为260±5HB，冲击功为82J，冲击韧性值为90J/cm2，明显优于市场上的同类产品。
实施例2：
本发明提供了一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，具体操作步骤为：
步骤一：使用中合金钢原料30Mn2MoW热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢，亚温二次正火工艺分别如下：
第一次正火加热温度为950℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至500℃；
第二次正火加热温度为900℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至常温；
通过亚温二次正火获得优良的强韧性配合，使材质成分均匀化，获得均匀细化的组织；
步骤二：将二次正火后的齿轮胚料进行调质处理，均匀强化组织结构，并对强化后的齿轮胚料机械粗加工，制成粗制齿轮；
调质处理包括热油淬火和高温回火，所述热油淬火和高温回火工艺分别如下：
将齿轮胚料加热至930℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为70℃；
将热油淬火后的齿轮胚料加热至625℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为25℃；
步骤三：将粗制齿轮真空空冷淬火后低温回火，并在真空空冷淬火和回火加热过程中整体渗碳；
真空空冷淬火后低温回火工艺如下：
将粗制齿轮加热至810℃，保温1.5h，出炉后真空空冷；
将真空空冷淬火后的粗制齿轮加热至210℃，保温1.5h，出炉后水冷，冷却水温度设置为25℃；
步骤四：对低温回火后的粗制齿轮进行喷丸处理，使用铸钢丸轰击粗制齿轮表面并植入残余压应力，强化粗制齿轮表面，喷丸结束后，打磨粗制齿轮表面，去除杂质和表皮层；
铸钢丸粒度设置为25目，所述喷丸压力设置为0.5MPa，所述粗制齿轮表面打磨厚度为0.2mm；
步骤五：将表面强化的粗制齿轮表面淬火，并在淬火加热中对粗制齿轮外侧淬火层碳氮共渗；
表面淬火将粗制齿轮外侧表面快速加热至530℃，保温20min，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为25℃；
步骤六：将经过上述步骤后的粗制齿轮精加工，并清理掉加工余料后热镀锌层；
热镀锌层时将齿轮经过除油、酸洗、浸药和烘干预热处理，并将烘干预热后的齿轮浸入熔化的锌液中镀膜，等温后取出；
烘干预热处理后齿轮温度为225℃，所述热镀锌层的厚度设置为0.3mm。
对比实施例1，本实施例中制备的齿轮淬火变形小，硬度高，耐磨性好，内部结构均匀致密，导热散热性能好，整体性能优，外表面摩擦抓持力强，传动效果好，该齿轮钢耐腐蚀抗氧化，另外，测得该齿轮钢外层渗碳深度为2.3mm，渗碳总含量为1.11％，在对该齿轮钢进行力学性能测试后，结果显示：该齿轮钢抗拉强度为921MPa，屈服强度为886MPa，齿轮硬度为262±5HB，冲击功为88J，冲击韧性值为91J/cm2，明显优于市场上的同类产品。
实施例3：
本发明提供了一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，具体操作步骤为：
步骤一：使用中合金钢原料30Mn2MoW热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢，亚温二次正火工艺分别如下：
第一次正火加热温度为980℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至500℃；
第二次正火加热温度为920℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至常温；
通过亚温二次正火获得优良的强韧性配合，使材质成分均匀化，获得均匀细化的组织；
步骤二：将二次正火后的齿轮胚料进行调质处理，均匀强化组织结构，并对强化后的齿轮胚料机械粗加工，制成粗制齿轮；
调质处理包括热油淬火和高温回火，所述热油淬火和高温回火工艺分别如下：
将齿轮胚料加热至950℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为80℃；
将热油淬火后的齿轮胚料加热至630℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为30℃；
步骤三：将粗制齿轮真空空冷淬火后低温回火，并在真空空冷淬火和回火加热过程中整体渗碳；
真空空冷淬火后低温回火工艺如下：
将粗制齿轮加热至820℃，保温1.5h，出炉后真空空冷；
将真空空冷淬火后的粗制齿轮加热至220℃，保温1.5h，出炉后水冷，冷却水温度设置为30℃；
步骤四：对低温回火后的粗制齿轮进行喷丸处理，使用铸钢丸轰击粗制齿轮表面并植入残余压应力，强化粗制齿轮表面，喷丸结束后，打磨粗制齿轮表面，去除杂质和表皮层；
铸钢丸粒度设置为30目，所述喷丸压力设置为0.5MPa，所述粗制齿轮表面打磨厚度为0.2mm；
步骤五：将表面强化的粗制齿轮表面淬火，并在淬火加热中对粗制齿轮外侧淬火层碳氮共渗；
表面淬火将粗制齿轮外侧表面快速加热至550℃，保温20min，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为30℃；
步骤六：将经过上述步骤后的粗制齿轮精加工，并清理掉加工余料后热镀锌层；
热镀锌层时将齿轮经过除油、酸洗、浸药和烘干预热处理，并将烘干预热后的齿轮浸入熔化的锌液中镀膜，等温后取出；
烘干预热处理后齿轮温度为250℃，所述热镀锌层的厚度设置为0.3mm。
对比实施例1和2，本实施例中制备的齿轮淬火变形小，硬度高，耐磨性好，内部结构均匀致密，导热散热性能好，整体性能优，外表面摩擦抓持力强，传动效果好，该齿轮钢耐腐蚀抗氧化，另外，测得该齿轮钢外层渗碳深度为2.4mm，渗碳总含量为1.11％，在对该齿轮钢进行力学性能测试后，结果显示：该齿轮钢抗拉强度为921MPa，屈服强度为851MPa，齿轮硬度为261±5HB，冲击功为87J，冲击韧性值为91J/cm2，明显优于市场上的同类产品。
根据实施例1-3得出下表：
Figure BDA0002485873240000081
由上表可知，实施例2中制备的齿轮钢整体力学性能最优，该实施例提供的加工工艺最为适合齿轮钢的热处理，亚温二次正火对齿轮胚料结晶晶粒细化，提高钢材强度和韧性(AKV值)，降低钢件的开裂倾向，周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢，减少氢脆现象，热油淬火和高温回火对钢材进行调质处理，均匀强化组织结构，使其内部结构均匀致密，提高导热散热性能，避免钢结构分层，喷丸处理清除钢材表面污物，增加其比表面积，使齿轮钢外表面出现轻微磨砂效果，抓持力强，便于啮合传动，另外增加了工件与防护涂层的结合强度，配合热镀锌层达到耐磨防锈的效果，强化粗制齿轮表面组织结构，整体渗碳和外侧淬火层碳氮共渗结合，提高钢件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气、过热蒸汽腐蚀能力和抗回火软化能力，增强齿轮钢整体性能。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：具体操作步骤为：
步骤一：使用中合金钢原料热模锻齿轮胚料，对齿轮胚料加热预处理，进行亚温二次正火，细化组织结构，并在二次正火加热齿轮胚料时往正火炉内周期性匀速供氧，并充分热解燃烧脱氢；
步骤二：将二次正火后的齿轮胚料进行调质处理，均匀强化组织结构，并对强化后的齿轮胚料机械粗加工，制成粗制齿轮；
步骤三：将粗制齿轮真空空冷淬火后低温回火，并在真空空冷淬火和回火加热过程中整体渗碳；
步骤四：对低温回火后的粗制齿轮进行喷丸处理，使用铸钢丸轰击粗制齿轮表面并植入残余压应力，强化粗制齿轮表面，喷丸结束后，打磨粗制齿轮表面，去除杂质和表皮层；
步骤五：将表面强化的粗制齿轮表面淬火，并在淬火加热中对粗制齿轮外侧淬火层碳氮共渗；
步骤六：将经过上述步骤后的粗制齿轮精加工，并清理掉加工余料后热镀锌层。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤一中亚温二次正火工艺分别如下：
第一次正火加热温度为930-980℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至500℃；
第二次正火加热温度为870-920℃，加热30min后，保温20min，出炉空冷至常温。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤二中调质处理包括热油淬火和高温回火，所述热油淬火和高温回火工艺分别如下：
将齿轮胚料加热至900-950℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为60-80℃；
将热油淬火后的齿轮胚料加热至620-630℃，保温1h，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20-30℃。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤三中真空空冷淬火后低温回火工艺如下：
将粗制齿轮加热至800-820℃，保温1.5h，出炉后真空空冷；
将真空空冷淬火后的粗制齿轮加热至200-220℃，保温1.5h，出炉后水冷，冷却水温度设置为20-30℃。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤四中铸钢丸粒度设置为20-30目，所述喷丸压力设置为0.5MPa，所述粗制齿轮表面打磨厚度为0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤五中表面淬火将粗制齿轮外侧表面快速加热至500-550℃，保温20min，出炉后热油冷却，冷却油温度设置为20-30℃，
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述步骤六中热镀锌层时将齿轮经过除油、酸洗、浸药和烘干预热处理，并将烘干预热后的齿轮浸入熔化的锌液中镀膜，等温后取出。
8.根据权利要求7所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述烘干预热处理后齿轮温度为200-250℃，所述热镀锌层的厚度设置为0.3mm。
9.根据权利要求1所述的一种高耐磨性的防锈齿轮钢热处理工艺，其特征在于：所述中合金钢原料设置为30Mn2MoW。
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