CN112481474B - 一种齿轮渗碳淬火热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种齿轮渗碳淬火热处理工艺。包括以下步骤：步骤1，采用托盘可自动滑出的淬火炉对齿轮进行加热，将齿轮放入淬火炉内后，将齿轮加热至900～920℃，并向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体，同时保温310～370min；步骤2，将齿轮的温度降低至830～850℃并保持25～35min，同时持续向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；步骤3，停止向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；对齿轮进行油冷，直到齿轮的温度降低至20～40℃，并保持25～30min。本发明中的齿轮渗碳淬火热处理工艺，能够减少非马组织以及避免淬火炉内腔长时间暴露。

Description

一种齿轮渗碳淬火热处理工艺

技术领域

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种齿轮渗碳淬火热处理工艺。

背景技术

为了满足齿轮的各种性能，齿轮成型后需要对齿轮进行淬火处理，淬火时，需要对齿轮进行加热，促使齿轮内的冷奥氏体向马氏体转变。淬火时，为了给冷奥氏体留出足够的转变时间，对齿轮加热到淬火温度后还需要保温一段时间，而齿轮在高温状态下与空气接触后容易发生氧化，从而导致齿轮表面出现非马组织，而非马组织较多的齿轮为次品，所以如何减少非马组织是目前继续解决的问题。

另外，齿轮淬火的加热通常在淬火炉中进行，加热和保温结束后需要从淬火炉中将齿轮取出，然后进行回火，为了避免淬火炉内的齿轮相互之间接触，导致淬火效果变差，淬火炉内的齿轮分散的放置，所以在取放齿轮时需要逐一放入和取出，导致淬火炉内腔长时间暴露，从而使得淬火炉内腔中的温度大幅度下降，当对下一批次的齿轮进行淬火时，需要更长时间和更多能量才能使淬火炉内腔中的温度重新达到淬火温度，无疑会造成淬火效率降低和能量浪费。

发明内容

本发明意在提供一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，以减少非马组织以及避免淬火炉内腔长时间暴露。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，采用托盘可自动滑出的淬火炉对齿轮进行加热，将齿轮放入淬火炉内后，将齿轮加热至900～920℃，并向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体，同时保温310～370min；

步骤2，将齿轮的温度降低至830～850℃并保持25～35min，同时持续向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；

步骤3，停止向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；对齿轮进行油冷，直到齿轮的温度降低至20～40℃，并保持25～30min。

本方案的有益效果为：

1.本方案中向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体后会增大淬火炉内的压强，使得淬火炉内的气体被排出，这都使得淬火炉内的空气的浓度降低，最后减少淬火炉内的氧气含量，避免齿轮在高温下被氧化，从而明显减少非马组织，降低次品率。

2.采用托盘能够自动滑出的淬火炉，在完成步骤3的操作、需要取出齿轮时，可自动滑出托盘，无需逐一将齿轮从淬火炉内取出，减少淬火炉内腔暴露的时间，从而避免淬火炉内的温度大幅度降低，且还能够减少淬火炉内的甲醇、氮气和丙烷气体流失以及避免外界的空气大量进入淬火炉内。

进一步，进行步骤1的操作之前，先对淬火炉进行加热，直到淬火炉内的温度达到910～930℃。

本方案的有益效果为：本方案中，将齿轮放入淬火炉内时，淬火炉内的温度较高，能够使齿轮快速达到淬火温度，减少步骤1中对齿轮加热的时间，提高淬火效率。

进一步，步骤1在淬火炉的温度高于750℃之后再通入甲醇、氮气和丙烷气体。

本方案的有益效果为：本方案可减少通入气体的时间，在气体的流量相同的情况下可减少气体的使用量，从而降低生产成本。

进一步，步骤1的保温阶段包括渗碳和扩散两个阶段，渗碳阶段的甲醇、氮气和丙烷气体的流量分别为4.1～4.3m³/h、4.5～4.7m³/h、0.2～0.5m³/h。

本方案的有益效果为：在本方案中的气体环境下，齿轮表面的非马组织较少。

进一步，步骤1的扩散阶段和步骤2中的甲醇、氮气和丙烷气体的流量分别为4.1～4.3m³/h、4.5～4.7m³/h、0.1～0.2m³/h。

本方案的有益效果为：在本方案中的气体环境下，齿轮表面的非马组织较少。

进一步，进行步骤1的操作之前，对淬火炉进行加热时，当温度高于750℃至步骤1中将齿轮放入淬火炉的阶段，也向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体。

本方案的有益效果为：提前通入甲醇、氮气和丙烷气体能够提前排出淬火炉内的空气，从而在将齿轮放入淬火炉内时，即可避免齿轮表面出现非马组织，进一步减少非马组织。

进一步，通入甲醇、氮气和丙烷气体之前，先对淬火炉进行抽气。

本方案的有益效果为：抽气时能够提前减少淬火炉内的空气，从而在向齿轮内通入甲醇、氮气和丙烷气体时，使淬火炉内的氧气浓度快速降低，同时减少甲醇、氮气和丙烷气体的消耗。

进一步，进行步骤1的操作前，先对齿轮表面进行清洁。

本方案的有益效果为：清洁时能够清楚齿轮表面的污渍以及氧化物，进一步减少非马组织。

进一步，步骤3完成油冷后进行25～30min的静置滴油。

本方案的有益效果为：进行静置时，齿轮表面的冷却油或向下流动，最后从齿轮上滴落进行回收，避免取出齿轮有冷却油滴落在外界无法回收，即减少冷却油的浪费，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例采用的淬火炉的正视竖向剖视图；

图2为图1中的第二炉门关闭时的局部示意图；

图3为图1中第一轨道、第二轨道、第三轨道、第四轨道和导向轨的俯视图；

图4为图1中第一轨道的右视竖向剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：炉体1、加热室11、第一炉门12、冷却室13、第二炉门14、连接块15、保温板2、气缸21、第一滑轨3、第二滑轨31、第三滑轨32、导向轨33、第四滑轨34、凹槽35、托盘4、连接座41、滑块42、支撑块43、收集槽5、支撑块6、第一槽体61、第二槽体62。

实施例

一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，本发明采用托盘可自动滑出的淬火炉对齿轮进行淬火处理，在将齿轮放入淬火炉前，先对齿轮表面进行清洁，去除齿轮表面的污渍和氧化物，并将齿轮放置在托盘上；同时对淬火炉进行加热，并先对淬火炉进行抽气，然后在淬火炉内的温度高于750℃之后通入4.1～4.3m³/h的甲醇、4.5～4.7m³/h的氮气和0.1～0.2m³/h的丙烷气体，此时通入淬火炉内的气体流量记为流量1；当淬火炉内的温度达到910～930℃后，将托盘放入淬火炉，且在放入过程中保持通入淬火炉内的气体种类和流量，并将齿轮加热至900～920℃，同时保温310～370min；本步骤中的保温阶段包括渗碳和扩散两个阶段，渗碳阶段向淬火炉内通入4.1～4.3m³/h的甲醇、4.5～4.7m³/h的氮气和0.2～0.5m³/h的丙烷气体，扩散阶段向淬火炉内通入4.1～4.3m³/h的甲醇、4.5～4.7m³/h的氮气和0.1～0.2m³/h的丙烷气体，且渗碳阶段通入的气体流量记为流量2，扩散阶段的气体流量为流量1；

步骤2，将齿轮的温度降低至830～850℃并保持25～35min，同时向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体，此时通入淬火炉内的气体流量为流量1；

步骤3，停止向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；对齿轮进行油冷，直到齿轮的温度降低至20～40℃，并保持25～30min；进行25～30min的静置滴油后，取出齿轮。

本发明提供实施例1～实施例3，且实施例1～实施例3中仅步骤1中淬火炉的加热温度、流量1、齿轮的加热温度、保温时间、流量2、步骤2中降低后的温度、保持时间、步骤3中油冷后的温度、保持时间以及滴油时间不同，具体的数据如表1和表2所示：

表1

表2

在实施例2的基础上，本发明设计对比例1和对比例2：

对比例1：除步骤1和步骤2中未向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体外，其它操作步骤均与实施例2相同；

对比例2：步骤1中采用需要逐一向淬火炉内放入齿轮的淬火炉对齿轮进行淬火，除此之外，其它操作步骤均与实施例2相同。

采用60个同批次的齿轮进行实验，实验时将60个齿轮分为3组，分别采用实施例2、对比例1和对比例2的步骤进行淬火。试验时，对放入齿轮后，淬火炉内氧气的浓度进行测量；淬火完成后，对实施例2、对比例1和对比例2淬火的齿轮表面的非马组织的量进行检测。最后以实施例2中的氧气浓度为基础，计算出对比例1和对比例2中氧气浓度与实施例2中的氧气浓度的比值，并对氧气浓度的比值和非马组织的量进行记录，实验结果如下表所示。

	氧气浓度的比值	非马组织的量
			实施例2	1	0.013
对比例1	7	0.025
			对比例2	3	0.015

通过上述实验，在放入齿轮后，实施例2中的淬火炉内的氧气浓度更低，在实施例2的基础上，无需进一步增大通入淬火炉内的甲醇、氮气和丙烷气体量来进一步降低氧气浓度，所以甲醇、氮气和丙烷气体的消耗更少，降低淬火成本。另外，采用实施例2的工艺得到的齿轮表面的非马组织明显少于对比例1和对比例2，齿轮的性能更好。

上述步骤1采用的托盘可自动滑出的淬火炉的具体结构如图1、图2和图3所示：包括炉体1，炉体1内设有加热室11和冷却室13，且加热室11和冷却室13之间设有保温板2，保温板2与炉体1侧壁滑动连接；加热室11和冷却室13远离保温板2的一端分别设有进料口和出料口，炉体1上固定有分别用于封闭进料口和出料口的第一炉门12和第二炉门14，保温板2的两侧分别设有第一滑轨3和第二滑轨31；炉体1内设有托盘4，托盘4顶部固定有两个连接座41，且两个连接座41均与第一滑轨3和第二滑轨31滑动连接。

第二炉门14朝向冷却室13的侧壁固定有第三滑轨32、背离冷却室13的侧壁固定有第四滑轨34，第三滑轨32和第四滑轨34之间连接有弧形的导向轨33，第一滑轨3、第二滑轨31和第三滑轨32均为靠近进料口一端高于远离进料口一端的倾斜状态，且均固定在炉体1内壁，第二滑轨31和第三滑轨32均位于第一滑轨3的延长线上；第四滑轨34和导向轨33均水平设置，两个连接座41均与第三滑轨32滑动连接，靠近第一炉门12的连接座41均与第四滑轨34和导向轨33滑动连接；

第二炉门14背离炉体1的一侧设有导向槽，托盘4底部固定有与导向槽滑动连接的导向块，且连接座41滑至第三滑轨32上后，导向块滑入导向槽内。

托盘4可自动滑出的淬火炉的具体连接结构如下所示：第一炉门12和第二炉门14均通过铰链与炉体1连接，保温板2采用双气缸21启动的方式滑动，且气缸21通过螺栓安装在炉体1上。结合图4所示，连接座41沿第一滑轨3径向的截面为“9”字形，第一滑轨3、第二滑轨31和第三滑轨32均通过L形的连接块15分别焊接在炉体1的后侧侧壁和第二炉门14上，连接块15的端部与连接座41的竖向段相抵；第四滑轨34和导向轨33通过横向块焊接在第二炉门14上。

加热室11和冷却室13的前侧侧壁均焊接有平行于第一滑轨3和第二滑轨31的支撑块43，托盘4的前端焊接有置于支撑块43上的限位块。

导向轨33沿水平方向的截面为U形，且导向轨33靠近第三滑轨32的一端与第三滑轨32端部分离并与第三滑轨32端部对齐，使得连接座41向右滑动时能够与导向轨33对齐，导向轨33顶部设有供连接座41通过的平面，避免左侧的连接座41位于第三滑轨32上并沿第三滑轨32向右滑动时，导向轨33对右侧的连接座41造成阻碍。左侧的连接座41上设有滑块42，第一滑轨3、第二滑轨31、第三滑轨32、导向轨33和第四滑轨34上均设有开口朝向滑块42的凹槽35，滑块42端部位于凹槽35内，对连接座41的滑动进行导向，具体的，凹槽35和滑块42均为球形。

托盘4包括支架和从上至下固定在支架上的多个置物网，置物网与支架可通过螺栓固定连接，也可采用焊接方式固定，置物网用于放置齿轮。炉体1右侧设有开口朝上的收集槽5，且收集槽5嵌入地面，收集槽5顶部横向设有连个支撑块43，导向槽设于支撑块43上，具体的，支撑块43与收集槽5顶部焊接，导向槽包括分别位于支撑块43左右两侧的第一槽体61和第二槽体62，第一槽体61位于第二炉门14的下方，第二槽体62的底部高于第一槽体61，且在左侧的连接座41位于导向轨33上时，右侧的支撑块43位于第二槽体62内。

步骤1中，需要将齿轮放入炉体1时，先在打开第一炉门12前，将齿轮放在置物网上，然后将托盘4放入炉体1内，放入托盘4时，将连接块15从第一滑轨3的左端滑入即可，由于第一滑轨3倾斜设置，托盘4在重力作用下向右自动滑入加热室11内，缩短打开第一炉门12的时间，避免加热室11内的温度大幅度降低。

步骤3需要对齿轮油冷时，通过气缸21使保温板2向上滑动，当保温板2滑至连接座41的上方后，托盘4在重力作用下向右滑至第二滑轨31上，同样能够快速移动至冷却室13内，然后控制保温板2复位即可对加热室11和冷却室13进行分隔，缩短加热室11和冷却室13连通的时间，避免加热时内的热量大量传递至冷却室13中，导致加热室11内的温度大幅度降低，而此时加热室11内可再次进行步骤1的操作，准备对下一批次的齿轮加热。

步骤3中的滴油结束后，打开第二炉门14，当第二炉门14转动至平行于第二滑轨31时不再对托盘4进行阻挡，托盘4自动向右滑至第三滑轨32上，由于导向轨33顶部设有供连接座41通过的平面，所以连接座41可越过导向轨33滑至第二炉门14的右侧，最后托盘4滑动至第三滑轨32的右侧，此时托盘4底部的支撑块43滑至第二槽体62上。

然后关闭第二炉门14，第二炉门14转动时，导向轨33相对于托盘4转动，由于支撑块43受到第二槽体62的限位作用而无法转动，使得导向轨33相对于滑块42转动，并在关闭第二炉门14的过程中带动托盘4向左滑动。

当托盘4滑至第一槽体61上时，由于第一槽体61低于第二槽体62，托盘4发生震动，促使粘附在托盘4和齿轮上的冷却油滴落入收集槽5内，进一步对冷却油进行收集，减少冷却油的浪费。与此同时，滑至第一槽体61上方的托盘4处于左端高于右端的倾斜状态，更方便于从托盘4内取下齿轮。取下全部的齿轮后，将托盘4的右端向上抬起，使支撑块43滑出第一槽体61，然后从第四滑轨34的端部将滑块42滑出即可取下托盘4。

上述淬火炉使用时，由于托盘4能够自动滑出，所以在完全打开第二炉门14后，齿轮能够快速从淬火炉内滑出，滑出后即可关闭第二炉门14，避免冷却室13过长时间与外界连通，导致外界的空气过多的进入冷却室13内，使从加热室11进入冷却室13内的齿轮与过多的空气接触，导致处于高温状态下的齿轮发生氧化。

当关闭第二炉门14时能够带动托盘4向左滑动，将托盘4向左拉动，导致托盘4从第二槽体62滑至第一槽体61上，托盘4落在第一槽体61上后发生震动，促使粘附在齿轮和托盘4上的冷却油掉落，通过收集槽5进行回收，减少冷却油的浪费。

当第二炉门14完全关闭后，连接座41连接在第四滑轨34上，而导向块对右侧的支撑块43进行支撑，使得托盘4发生倾斜，便于取出托盘4内的齿轮。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：采用的托盘可自动滑出的淬火炉，包括炉体，炉体内设有加热室和冷却室，且加热室和冷却室之间设有保温板，保温板与炉体侧壁滑动连接；加热室和冷却室远离保温板的一端分别设有进料口和出料口，炉体上固定有分别用于封闭进料口和出料口的第一炉门和第二炉门，保温板的两侧分别设有第一滑轨和第二滑轨；炉体内设有托盘，托盘顶部固定有两个连接座，且两个连接座均与第一滑轨和第二滑轨滑动连接；

第二炉门朝向冷却室的侧壁固定有第三滑轨、背离冷却室的侧壁固定有第四滑轨，第三滑轨和第四滑轨之间连接有弧形的导向轨，第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨均为靠近进料口一端高于远离进料口一端的倾斜状态，且均固定在炉体内壁，第二滑轨和第三滑轨均位于第一滑轨的延长线上；第四滑轨和导向轨均水平设置，两个连接座均与第三滑轨滑动连接，靠近第一炉门的连接座均与第四滑轨和导向轨滑动连接；

步骤1，采用托盘可自动滑出的淬火炉对齿轮进行加热，将齿轮放入淬火炉内后，将齿轮加热至900~920℃，并向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体，同时保温310~370min；

步骤2，将齿轮的温度降低至830~850℃并保持25~35min，同时持续向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；

步骤3，停止向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体；对齿轮进行油冷，直到齿轮的温度降低至20~40℃，并保持25~30min。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：进行步骤1的操作之前，先对淬火炉进行加热，直到淬火炉内的温度达到910~930℃。

3.根据权利要求2所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：步骤1在淬火炉的温度高于750℃之后再通入甲醇、氮气和丙烷气体。

4.根据权利要求3所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：步骤1的保温阶段包括渗碳和扩散两个阶段，渗碳阶段的甲醇、氮气和丙烷气体的流量分别为4.1~4.3m3/h、4.5~4.7m3/h、0.2~0.5m3/h。

5.根据权利要求4所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：步骤1的扩散阶段和步骤2中的甲醇、氮气和丙烷气体的流量分别为4.1~4.3m3/h、4.5~4.7m3/h、0.1~0.2m3/h。

6.根据权利要求3所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：进行步骤1的操作之前，对淬火炉进行加热时，当温度高于750℃至步骤1中将齿轮放入淬火炉的阶段，也向淬火炉内通入甲醇、氮气和丙烷气体。

7.根据权利要求6所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：通入甲醇、氮气和丙烷气体之前，先对淬火炉进行抽气。

8.根据权利要求5所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：进行步骤1的操作前，先对齿轮表面进行清洁。

9.根据权利要求8所述的一种齿轮渗碳淬火热处理工艺，其特征在于：步骤3完成油冷后进行25~30min的静置滴油。

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