CN115679244A - 一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 - Google Patents
一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115679244A CN115679244A CN202211612896.XA CN202211612896A CN115679244A CN 115679244 A CN115679244 A CN 115679244A CN 202211612896 A CN202211612896 A CN 202211612896A CN 115679244 A CN115679244 A CN 115679244A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- carburizing
- workpiece
- quenching
- percent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
本发明属于合金结构钢热处理技术领域，尤其涉及一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，包括如下步骤:a)渗碳处理；b)高温回火；c)低温碳氮共渗淬火：将渗碳高温回火后的工件采用梯度加热的方法加热到400℃、650℃分别保温1.5h，再将工件加热至780℃，并保温2.5h，期间在炉内通过甲醇和三乙醇胺，保温结束后进行油冷淬火。d）冷处理；e)低温回火。本发明在渗碳高温回火后采用碳氮共渗亚温淬火工艺，在保证表面硬度的同时，大幅度提高了齿轮心部的强韧性，齿轮使用寿命显著增加，与此同时有效的减小了工件的变形量，大大提高生产效益。
Description
技术领域
本发明属于合金结构钢热处理技术领域，尤其涉及一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺。
背景技术
18Cr2Ni4WA属于高强度中合金渗碳钢，具有良好的综合机械性能，是重载齿轮、高速齿轮的常用材料。其广泛应用于化工、冶金、矿山机械、电站、船舶、航空、军工等领域。作为重载齿轮常用钢种，其具有明显的优点，淬透性好，较高的Ni含量使其具有良好的强韧性，然而较高的合金含量导致其渗碳淬火后表面残余奥氏体含量较多，通常需要通过多次高温回火或冷处理降低残余奥氏体含量，从而提高表面硬度。
重载齿轮传递功率大、冲击力强、载荷不稳定，使用时要求具有优良的耐磨性能、较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，同时具有较高的抗冲击和抗过载能力。18Cr2Ni4WA齿轮常规渗碳淬火后心部硬度为45HRC左右，心部冲击韧性偏低，尤其在材料碳含量为上限时，使用时容易发生断齿故障，严重影响机械传动效率。通常提升渗碳淬火韧性的方法为复合等温淬火，其工艺繁琐，生产效率低。此外，亚温淬火是提高非渗碳件冲击韧性的有效方法，由于其淬火温度低，低于异丙醇等渗剂的安全温度，炉内不允许通异丙醇，容易导致淬火后工件表面碳含量偏低，表面硬度偏低等现象，因此在渗碳淬火中少有使用。因此需要开发一种新型热处理工艺，有效控制齿轮表面硬度及心部强韧性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，通过将工件进行渗碳处理后，经过重新加热高温回火，再进行低温碳氮共渗淬火，用于降低齿轮心部硬度，提高心部韧性，在低温碳氮共渗淬火期间通入甲醇和三乙醇氨，通过表面碳氮共渗，提高工件表面硬度；低温淬火用于降低表面硬度，提高心部冲击韧性，确保行走轮心部的强韧性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
a)渗碳处理：将工件采用梯度加热的方式加热到渗碳温度，之后采用三段式渗碳法即渗碳1、渗碳2、渗碳3 三个阶段进行强渗、扩散，期间碳势由氧探头来控制，对应碳势分别在1.2%、1.0%、0.8%；，采用分段式加热有效减少由于工件冷热不均造成的畸变，采用不同碳势的分阶段渗碳，有效控制渗层碳浓度梯度；
b)高温回火：渗碳后空冷至100±5℃，重新加热工件至640-660℃回火，保温5h后空冷；
c)低温碳氮共渗淬火：将高温回火后的工件采用梯度加热的方式加热到亚温淬火温度780℃，并保温2.5h，期间通入甲醇和三乙醇胺，控制甲醇流量 0.4L/h；三乙醇胺流量：0.2L/h，随后采用油冷方式淬火；
d)冷处理：将淬火后的工件放入冰柜中冷处理2h，期间保持温度为-60℃，出冰柜后空冷至室温；
e)低温回火：将冷处理后工件放在回火炉中加热至180℃进行低温回火，保温15h，然后出炉空冷至室温。
进一步的，所述步骤a)中，梯度加热处理的方式是470℃、650℃、800℃分别预热保温1.5h，渗碳温度为930±5℃。
进一步的，所述步骤c)中，梯度加热处理的方式是470℃、650℃分别预热保温1.5h，780±5℃保温2.5h。
进一步的，所述工件的组成为：碳0.13～0 .19％、硅0 .17～ 0 .37％、锰0 .30～0 .60％、磷≤0 .020％、硫≤0 .020％、铬1 .35～1 .65％、镍≤4 .00-4.50％、铜≤0.25％、钨0 .80～1.20％，其余为铁。
进一步的，所述工件经渗碳淬火处理后的力学性能为：抗拉强度≥1180Mpa，屈服强度≥835Mpa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％ ,室温下比冲击试验KU2中吸收功≥78J。
本发明具有的优点是：由于本发明在淬火期间通入甲醇和三乙醇胺，淬火期间炉内形成碳氮共渗气氛，工件表面进行短时间碳氮共渗，氮原子的渗入，降低了渗碳层的临界点，扩大了奥氏体区，提高了渗层淬透性，有效的解决了由于工件表面碳含量低导致的表面硬度偏低的现象，将工件进行渗碳处理后，经过重新加热高温回火，降低齿轮心部硬度，提高心部韧性，本发明处理以后经试验测定，齿轮表面硬度达到59-61HRC，心部组织为回火马氏体+贝氏体+少量分布良好的铁素体，心部硬度明显降低，在室温夏比冲击试验KU2中吸收功≥108J，较常规淬火工艺相比冲击韧性明显提高，且其余各项性能指标均满足技术要求。
附图说明
图1是本发明工艺过程图。
图2是对比例1处理的工件的金相组织图。
图3是实施例处理的工件的金相组织图。
具体实施方式
实施例
一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，包括以下步骤：
a)渗碳处理：将工件采用梯度加热的方式加热到渗碳温度，之后采用三段式渗碳法即渗碳1、渗碳2、渗碳3 三个阶段进行强渗、扩散，期间碳势由氧探头来控制，对应碳势分别在1.2%、1.0%、0.8%，梯度加热处理的方式是470℃、650℃、800℃分别预热保温1.5h，渗碳温度为930±5℃；
b)高温回火：渗碳后空冷至100±5℃，重新加热工件至640-660℃回火，保温5h后空冷；
c)低温碳氮共渗淬火：将高温回火后的工件采用梯度加热的方式加热到亚温淬火温度780℃，并保温2.5h，期间通入甲醇和三乙醇胺, 控制甲醇流量 0.4L/h；三乙醇胺流量：0.2L/h，随后采用油冷方式淬火，梯度加热处理的方式是470℃、650℃分别预热保温1.5h，780±5℃保温2.5h；
d)冷处理：将淬火后的工件放入冰柜中冷处理2h，期间保持温度为-60℃，出冰柜后空冷至室温；
e)低温回火：将冷处理后工件放在回火炉中加热至180℃进行低温回火，保温15h，然后出炉空冷至室温。
进一步的，所述工件的组成为：碳0.13～0 .19％、硅0 .17～ 0 .37％、锰0 .30～0 .60％、磷≤0 .020％、硫≤0 .020％、铬1 .35～1 .65％、镍≤4 .00-4.50％、铜≤0.25％、钨0 .80～1.20％，其余为铁。
进一步的，所述工件经渗碳淬火处理后的力学性能为：抗拉强度≥1180Mpa，屈服强度≥835Mpa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％ ,室温下比冲击试验KU2中吸收功≥78J
对比例1
热处理工艺：淬火温度830℃，保温时间2.5h，期间通入甲醇+异丙醇，油冷，冷处理温度-60℃，保温2h，回火温度180℃，保温时间15h。
对比例2
热处理工艺：淬火温度800℃，保温时间2.5h，期间通入甲醇+异丙醇，油冷，冷处理温度-60℃，保温2h，回火温度180℃，保温时间15h。
对比例3
热处理工艺：淬火温度780℃，保温时间2.5h，期间通入甲醇，油冷，冷处理温度-60℃，保温2h，回火温度180℃，保温时间15h。
表1本发明对比例和实施例使用工件的化学成分(wt％)
表2本发明对比例和实施例的力学性能
由表2数据可知，对比例和实施例的屈服强度、抗拉强度等均满足技术要求，但对比例的心部硬度偏高，室温冲击功较低，稳定性差，如图2所示其心部金相组织，由于较高的淬透性，心部组织为板条马氏体加残余奥氏体。对比例3中，虽然冲击韧性得到提高，由于780℃未达到异丙醇的安全温度，仅通入甲醇碳势偏低，造成工件表面碳含量偏低，从而导致表面硬度偏低，未能满足技术要求。
采用本发明低温碳氮共渗淬火工艺（实施例），淬火温度为780℃，淬火期间通入甲醇和三乙醇胺，淬火期间炉内形成碳氮共渗气氛，工件表面进行短时间碳氮共渗，氮原子的渗入，降低了渗碳层的临界点，扩大了奥氏体区，提高了渗层淬透性，有效的解决了由于工件表面碳含量低导致的表面硬度偏低的现象。工件各项技术指标均满足用户要求，表面硬度59-61HRC，心部硬度38-40HRC明显降低，室温冲击功为：108J，冲击性能稳定性提升，如图3所示其心部组织为板条马氏体+贝氏体+少量分布良好的铁素体及残余奥氏体。
本发明所要解决的技术问题是提高渗碳淬火齿轮心部冲击韧性，区别于常规的淬火工艺，采用低温碳氮共渗淬火，期间通入甲醇加三乙醇胺，保证了齿轮表面硬度，提高了齿轮心部冲击韧性，工艺稳定性大幅提高。采用本发明生产的齿轮具有较高的表面硬度，优异的冲击韧性，室温冲击功：105-115J，冲击性能稳定性提升。
Claims (5)
1.一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a)渗碳处理：将工件采用梯度加热的方式加热到渗碳温度，之后采用三段式渗碳法即渗碳1、渗碳2、渗碳3 三个阶段进行强渗、扩散，期间碳势由氧探头来控制，对应碳势分别在1.2%、1.0%、0.8%；
b)高温回火：渗碳后空冷至100±5℃，重新加热工件至640-660℃回火，保温5h后空冷；
c)低温碳氮共渗淬火：将高温回火后的工件采用梯度加热的方式加热到亚温淬火温度780℃，并保温2.5h，期间通入甲醇和三乙醇胺，控制甲醇流量 0.4L/h；三乙醇胺流量：0.2L/h,随后采用油冷方式淬火；
d)冷处理：将淬火后的工件放入冰柜中冷处理2h，期间保持温度为-60℃，出冰柜后空冷至室温；
e)低温回火：将冷处理后工件放在回火炉中加热至180℃进行低温回火，保温15h，然后出炉空冷至室温。
2.如权利要求1所述的提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，其特征在于：所述步骤a)中，梯度加热处理的方式是470℃、650℃、800℃分别预热保温1.5h，渗碳温度为930±5℃。
3.如权利要求1所述的提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，其特征在于：所述步骤c)中，梯度加热处理的方式是470℃、650℃分别预热保温1.5h，780±5℃保温2.5h。
4.如权利要求1所述的提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，其特征在于：所述工件的组成为：碳0.13～0 .19％、硅0 .17～ 0 .37％、锰0 .30～0 .60％、磷≤0 .020％、硫≤0 .020％、铬1 .35～1 .65％、镍≤4 .00-4.50％、铜≤0.25％、钨0 .80～1.20％，其余为铁。
5.如权利要求1所述的提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺，其特征在于：所述工件经渗碳淬火处理后的力学性能为：抗拉强度Rm≥1180Mpa，屈服强度≥835Mpa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％ ,室温下比冲击试验KU2中吸收功≥78J。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211612896.XA CN115679244A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211612896.XA CN115679244A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115679244A true CN115679244A (zh) | 2023-02-03 |
Family
ID=85055193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211612896.XA Pending CN115679244A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115679244A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117625917A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-01 | 扬州市海洋环保设备有限公司 | 一种风电机壳热处理装置及其工艺 |
-
2022
- 2022-12-15 CN CN202211612896.XA patent/CN115679244A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117625917A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-01 | 扬州市海洋环保设备有限公司 | 一种风电机壳热处理装置及其工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110423955B (zh) | 表层超硬化型超高强度耐热齿轮轴承钢及制备方法 | |
| CN111394661B (zh) | 一种低合金高强韧性马贝复相钢的制备工艺 | |
| KR910003515B1 (ko) | 강부품의표면경화방법 | |
| CN114318168B (zh) | 一种高强度高韧性碳氮复渗钢及制备方法 | |
| CN113249643B (zh) | 一种矿用高强度渗碳链条钢及其制备方法 | |
| CN111763889A (zh) | 一种高碳轴承钢及其制备方法 | |
| CN108220810A (zh) | 一种高耐磨高强韧高温渗氮钢及其制备方法 | |
| CN111719111A (zh) | 一种提高齿轮渗碳用钢综合性能的热处理方法 | |
| CN112593183A (zh) | 一种渗碳淬火的热处理方法 | |
| CN115679244A (zh) | 一种提高18Cr2Ni4WA齿轮强韧性的渗碳淬火工艺 | |
| CN110863141A (zh) | 一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法 | |
| JP6295665B2 (ja) | 浸炭軸受用鋼 | |
| CN110055470B (zh) | 一种集装箱角件及其热处理工艺 | |
| CN1112165A (zh) | 一种钢管穿孔顶头材料 | |
| CN115233147A (zh) | 一种提高Cr-Ni钢表面硬度的热处理工艺 | |
| CN111979389B (zh) | 一种铁素体低温钢锻件及其低温深冷制备方法 | |
| CN112795722A (zh) | 一种奥贝球铁等温淬火技术 | |
| CN115717218B (zh) | 一种极寒环境用耐低温油井管用钢及其制备方法 | |
| CN115874113B (zh) | 一种耐低温油井管用钢及其制备方法 | |
| CN113549814B (zh) | 一种渗碳超耐磨出渣机链条钢 | |
| CN115627423B (zh) | 一种1600MPa级的热轧卷板及其生产方法 | |
| JPH04198417A (ja) | 軸受鋼の製造方法 | |
| CN117144288B (zh) | 一种表面变质层钢的化学热处理工艺 | |
| CN108220787B (zh) | 一种高强度紧固件钢 | |
| CN116356211A (zh) | 一种液压马达乳化液介质材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |