CN113430484A - 一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，包括：(1)将工件除齿部以外的部位进行镀铜保护；(2)将工件进行第一渗碳处理；(3)对工件整体除铜，然后对工件除齿部和外圆以外的其他部位进行镀铜保护；(4)将工件进行第二渗碳处理；(5)对工件进行淬火，然后对工件进行深冷处理，再进行回火处理。本方法解决了现有技术的不同部位渗碳深度不同的工艺控制问题，以及两次渗碳深度控制精度低的问题，采用两次渗碳叠加技术，及在渗碳后进行淬火‑深冷处理‑回火处理，不仅能满足工件的不同部位对于渗碳深度要求不同的需求，而且能对各部位的渗碳深度进行精确控制，还能确保工件渗碳后的性能需求。

Description

一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法。
背景技术
航空齿轮作为航空发动机的关键零部件，可靠、准确的齿轮传动是保证发动机寿命的必要条件。为了提高齿轮表面的疲劳强度及耐磨性能，提高齿轮寿命，齿部及轴承跑道表面常采取渗碳处理，淬火后获得表面高硬度、心部高韧性的零件。18CrNi4A钢作为一种常用的的渗碳齿轮钢，当渗碳层深度≥1.0mm时，渗层深度波动大，尤其对于不同部位要求渗碳深度不同的零件，现有技术难以实现渗碳层深度的精确控制。航空产品中涉及一种螺旋锥齿轮零件，要求齿部渗碳深度1.75～1.95mm，外圆跑道渗碳深度0.95～1.1mm(测至HV550)，渗碳面硬度为≥58HRC，而现有技术难以实现对于该零件各部位渗碳深度和性能的精确控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，采用两次渗碳叠加技术，以及在渗碳后进行淬火-深冷处理-回火处理，不仅能满足工件的不同部位对于渗碳深度要求不同的需求，而且能够对各部位的渗碳深度进行精确控制，同时还能确保工件渗碳后的性能需求。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，包括如下步骤：
(1)将工件除齿部以外的部位进行镀铜保护；
(2)将工件进行第一渗碳处理，先加热升温至800～850℃保温30～60min，再升温至890～910℃保温10～20min，升温的同时升碳势至1.0～1.1％，保温420～480min后将碳势降至0.85～0.95％，保温300～360min后冷却；
(3)对工件整体除铜，然后对工件除齿部和外圆以外的其他部位进行镀铜保护；
(4)将工件进行第二渗碳处理；
(5)对工件进行淬火，然后对工件进行深冷处理，再进行回火处理。
本方案中，通过采用上述工艺流程，不仅能够能对各部位的渗碳深度进行精确控制，同时还能确保工件渗碳后的性能需求，其中采用的渗碳机制有利于零件的变形控制和零件整体充分奥氏体化，前面高碳势为强渗阶段，后面低碳势为扩散阶段，有利于渗碳深度和渗碳表面组织控制，防止碳势过高导致的表面碳化物堆积。本方案中，渗碳后的性能需通过依次进行淬火-冷处理-回火来达到最终的设计图样要求。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(4)中，所述第二渗碳处理为：加热升温至800～850℃保温30～60min，再升温至890～910℃保温10～20min，升温的同时升碳势至1.0～1.1％，再保温180～240min后降碳势至0.85～0.95％，保温60～120min后，于氮气气氛下冷却60～90min，冷至100℃以下出炉。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(5)中，所述淬火温度为810±10℃，保温时间为120～150min，油冷淬火。优化的淬火条件有利于更好地保证金相组织充分奥氏体化。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(5)中，深冷处理的温度为-60～-80℃，时间为1.5～2.5h。优化的深冷处理条件能保证淬火后渗碳层组织中残余奥氏体转变更完全，防止渗碳层中存在残余奥氏体而影响渗碳层的性能。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(5)中，所述回火处理的温度为150±10℃，时间为2.5～3h，然后空冷到室温。优化的回火处理条件能更好地保证淬火后的组织转变成回火马氏体，但温度过高容易使回火马氏体表现的硬度偏低，造成渗碳层深度和硬度偏低。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(1)中，所述镀铜的铜层厚度为0.03～0.05mm；
步骤(5)中，所述镀铜的铜层厚度为0.03～0.05mm。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(5)中，待零件淬火后3h内进行冷处理，在此时间范围内有利于进一步提高淬火后的残余奥氏体转变程度。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，步骤(2)中，冷却方式为：于氮气气氛保护下冷却60～90min至100℃以下出炉。该冷却方式有利于防止零件高温下的氧化脱碳。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括对工件的齿部表面进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色，风压过大可能会导致铜层损坏；
在步骤(3)和(4)之间还包括对工件的齿部表面和外圆表面进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，在步骤(2)和步骤(3)之间还包括对工件整体进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa。
上述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，优选地，所述第一渗碳处理和第二渗碳处理在可控气氛渗碳炉中进行；
所述可控气氛为甲醇、丙烷和氮气的混合气体。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明的热处理工艺，采用两次渗碳叠加技术，并通过控制第一段渗碳的条件，以及在渗碳后进行淬火-深冷处理-回火处理，不仅能满足工件的不同部位对于渗碳深度要求不同的需求，而且能够对各部位的渗碳深度进行精确控制，同时还能确保工件渗碳后的性能需求，使得18CrNi4A钢螺旋锥齿轮满足齿部渗碳深度1.75-1.95mm、外圆跑道渗碳深度0.95-1.1mm(测至HV550)、渗碳面硬度为≥58HRC的技术要求。解决了现有技术的不同部位渗碳深度不同的工艺控制问题，以及两次渗碳深度控制精度低的问题。本发明工艺技术合理，有效的控制了渗碳层深度，为同材料零件的渗碳处理提供了技术参考。
2、本发明中，进一步地，通过调节两次渗碳的渗碳碳势、渗碳时间，使得齿部和外圆跑道经两次渗碳后获得符合要求的渗层深度，获得最佳的一次渗碳和二次渗碳的深度、浓度匹配关系，实现不同部位渗碳深度的精确控制。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
某航空产品螺旋锥齿轮零件，要求齿部渗碳深度1.75～1.95mm，外圆跑道渗碳深度0.95～1.1mm(测至HV550)，渗碳面硬度为≥58HRC。
本实施例的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，包括如下步骤：
(1)零件除齿部外，其余表面镀铜保护，铜层厚度0.04mm；
(2)零件置于吹砂机内清理齿部渗碳表面，刚玉砂砂粒大小为100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色；
(3)零件置于可控气氛渗碳炉内，可控气氛为甲醇、丙烷和氮气，零件平稳装炉，间距≥15mm，保证气氛流通充分；
(4)零件进行第一次渗碳：可控气氛渗碳炉加热室升温至800℃保温40min，再升温至900℃保温10min，升温的同时升碳势至1.05％，再保温450min后降碳势至0.95％，保温300min后转移至冷却室氮气保护冷却60min，冷至100℃以下出炉；
(5)零件整体吹砂，刚玉砂砂粒大小为100目，风压≤0.15MPa，保证零件表面清洁；
(6)零件整体除铜；
(7)零件除齿部及外圆外，其余表面镀铜保护，铜层厚度0.04mm；
(8)零件置于吹砂机内清理齿部及外圆渗碳表面，刚玉砂砂粒大小为100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色；
(9)零件置于可控气氛渗碳炉内，零件平稳装炉，间距≥15mm，保证气氛流通充分；
(10)零件进行第二次渗碳：可控气氛渗碳炉加热室升温至800℃保温30min，再升温至900℃保温10min，升温的同时升碳势至1.05％，再保温190min后降碳势至00.95％，保温110min后转移至冷却室氮气保护冷却60min，冷至100℃以下出炉；
(11)零件进行淬火：零件平稳放置在箱式加热炉内，淬火温度为810℃，保温120min，油冷淬火；
(12)零件淬火后3h内进行冷处理，温度为-70℃，时间为2.5h；
(13)零件冷处理回复至室温后进行回火，温度为150℃，时间为3h，然后空冷到室温；
(14)最终检验。
本实施例的热处理方法处理后，18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的齿面渗碳层深度1.89mm，外圆跑道深度0.99mm，渗碳面硬度61HRC，为合格产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将工件除齿部以外的部位进行镀铜保护；
(2)将工件进行第一渗碳处理，先加热升温至800～850℃保温30～60min，再升温至890～910℃保温10～20min，升温的同时升碳势至1.0～1.1％，保温420～480min后将碳势降至0.85～0.95％，保温300～360min后冷却；
(3)对工件整体除铜，然后对工件除齿部和外圆以外的其他部位进行镀铜保护；
(4)将工件进行第二渗碳处理；
(5)对工件进行淬火，然后对工件进行深冷处理，再进行回火处理。
2.如权利要求1所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述第二渗碳处理为：加热升温至800～850℃保温30～60min，再升温至890～910℃保温10～20min，升温的同时升碳势至1.0～1.1％，再保温180～240min后降碳势至0.85～0.95％，保温60～120min后，于氮气气氛下冷却60～90min，冷至100℃以下出炉。
3.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(5)中，所述淬火温度为810±10℃，保温时间为120～150min，油冷淬火。
4.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(5)中，深冷处理的温度为-60～-80℃，时间为1.5～2.5h。
5.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(5)中，所述回火处理的温度为150±10℃，时间为2.5～3h，然后空冷到室温。
6.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镀铜的铜层厚度为0.03～0.05mm；
步骤(5)中，所述镀铜的铜层厚度为0.03～0.05mm。
7.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(5)中，待零件淬火后3h内进行冷处理。
8.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，步骤(2)中，冷却方式为：于氮气气氛保护下冷却60～90min至100℃以下出炉。
9.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括对工件的齿部表面进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色；
在步骤(3)和(4)之间还包括对工件的齿部表面和外圆表面进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa，保证吹砂后吹砂面为灰色；
在步骤(2)和步骤(3)之间还包括对工件整体进行吹砂处理，吹砂的刚玉砂砂粒大小为60～100目，风压≤0.15MPa。
10.如权利要求1或2所述的18CrNi4A钢螺旋锥齿轮的热处理方法，其特征在于，所述第一渗碳处理和第二渗碳处理在可控气氛渗碳炉中进行；
所述可控气氛为甲醇、丙烷和氮气的混合气体。
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