CN115820995A - 一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金工程金属热处理工艺技术领域，具体涉及一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，包括如下步骤：1)对齿轮钢进行正火处理；2)将正火后的齿轮钢升温至705±10℃，控制升温时间为7±0.5h；3)将齿轮钢在705±10℃进行保温，保温时间为16‑18h；4)将保温后的齿轮钢由705±10℃降温至650±5℃，控制降温时间为4±0.5h；5)待温度降至650±5℃后直接取出空冷，完成球化退火。本发明的亚温球化退火工艺操作简便，热处理时间短，可以加快生产节奏，提高生产效率和产品质量，且经本发明处理后的齿轮钢的球化率高，得到的金相组织均匀，表面脱碳层与材料硬度符合标准，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求。

Description

一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺

技术领域

本发明涉及冶金工程金属热处理工艺技术领域，具体涉及一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺。

背景技术

齿轮钢采用冷镦加工具有很多优点，如表面质量及综合力学性能好，材料利用率及尺寸精度高，生产效率高且成本低，适合大批量生产等。随着汽车行业的快速发展，对齿轮质量要求越来越高，对其加工成本要求也越来越严苛，因此越来越多齿轮生产厂家选择冷镦加工替代原来的切削加工。但冷镦工艺对齿轮钢的退火组织质量要求十分苛刻，而低碳低合金齿轮钢经轧制后为铁素体带与珠光体带交替堆叠的带状组织，不满足冷镦工艺的要求，因此需要对齿轮钢进行球化退火处理，将带状组织转化成铁素体+均匀分布的球状碳化物组织。目前国内球化退火工艺主要针对的是轴承钢、模具钢等中高碳钢，主要技术路线为等温球化退火工艺与亚温球化退火工艺，但该过程普遍保温温度高、加热时间长，能源浪费很大且组织、硬度不均匀，球化率低，无法满足齿轮钢生产工艺要求，因此需要开发一种适合冷镦用齿轮钢的球化退火新工艺。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，操作简便，热处理时间短，可以加快生产节奏，提高生产效率和产品质量，且经本发明处理后的齿轮钢的球化率高，得到的金相组织均匀，表面脱碳层与材料硬度符合标准，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，包括如下步骤：

1)对齿轮钢进行正火处理；

2)将正火后的齿轮钢升温至705±10℃，控制升温时间为7±0.5h；

3)将齿轮钢在705±10℃进行保温，保温时间为16-18h；

4)将保温后的齿轮钢由705±10℃降温至650±5℃，控制降温时间为4±0.5h；

5)待温度降至650±5℃后直接取出空冷，完成球化退火。

进一步地，步骤1)中正火处理的方法为：先将齿轮钢升温至850±10℃，控制升温时间为5±0.5h，然后在850±10℃保温30±5min，随后空冷。

进一步地，所述齿轮钢为齿轮钢FAS3420H。

进一步地，所述齿轮钢FAS3420H的化学成分按照质量百分比计包括：0.18～0.23％C、0.15～0.35％Si、0.70～0.90％Mn、≤0.030％P、0.017～0.032％S、0.40～0.60％Cr、0.40～0.70％Ni、0.15～0.25％Mo、0.01～0.045％Al、≤0.035％Cu，余量为Fe。

进一步地，亚温球化退火处理后的齿轮钢的微观组织为铁素体+弥散分布的球状碳化物。

进一步地，亚温球化退火处理后的齿轮钢的球化率大于90％。

进一步地，亚温球化退火处理后的齿轮钢的维氏显微硬度为155-161HV1.0，断面显微硬度极差≤10HV1.0。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的亚温球化退火工艺不仅操作简便，热处理时间短，可以加快生产节奏，提高生产效率和产品质量，而且经本发明处理后的齿轮钢的球化率高，得到的齿轮钢晶粒更加细小均匀，碳化物均匀分布在铁素体基体中，金相组织均匀，内部球化率达到90％以上，断面硬度差≤10HV1.0，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求；

(2)本发明在进行亚温球化退火工艺处理前，对齿轮钢先进行正火处理，可以细化组织，缩短后续亚温球化退火工艺时间，提高球化效果；

(3)本发明的球化阶段加热温度仅为705±10℃，保温时间仅为16-18h，相较于传统等温球化退火工艺加热温度低，保温时间短，更加节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺的热处理路线；

图2为本发明球化退火前齿轮钢FAS3420H圆棒的组织金相图；

图3为本发明正火处理后齿轮钢FAS3420H圆棒的组织金相图；

图4为本发明球化处理后齿轮钢FAS3420H圆棒边部的组织金相图；

图5为本发明球化处理后齿轮钢FAS3420H圆棒1/2R处的组织金相图；

图6为本发明球化处理后齿轮钢FAS3420H圆棒心部的组织金相图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，以低碳低合金齿轮钢FAS3420H为例进行说明，该工艺包括如下步骤：

1)对齿轮钢进行正火处理，具体地先将齿轮钢升温至850℃，控制升温时间为5h，然后在850℃保温30mim，随后空冷；

2)将正火后的齿轮钢升温至705℃，控制升温时间为7h；

3)将齿轮钢在705℃进行保温，保温时间为16h；

4)将保温后的齿轮钢由705℃降温至650℃，控制降温时间为4h；

5)待温度降至650℃后直接取出空冷，完成球化退火。

其中，齿轮钢FAS3420H的化学成分按照质量百分比计包括：0.20％C、0.25％Si、0.85％Mn、0.01％P、0.02％S、0.55％Cr、0.55％Ni、0.20％Mo、0.03％Al、0.008％Cu，余量为Fe。

对齿轮钢FAS3420H球化退火前、正火处理后以及亚温球化处理后的金相组织进行扫描电镜分析，并对齿轮钢FAS3420H亚温球化处理后的球化组织进行评级、以及对亚温球化处理后的齿轮钢FAS3420H的显微硬度进行测量。其中，齿轮钢FAS3420H球化处理前与正火处理后的金相组织图采用的设备为日本岛津的型号为JSM-6701F冷场发射扫描式电子显微镜，齿轮钢FAS3420H圆棒球化处理后不同位置处的金相组织图采用的设备为德国JEOL的型号为JSM-6480LV高低真空扫描式电子显微镜，齿轮钢FAS3420H球化组织的评级标准以《JB/T5074-2007：低、中碳钢球化体评级》为准，齿轮钢FAS3420H的显微硬度测量采用的设备为数显式维氏显微硬度计VTD512。

齿轮钢FAS3420H球化退火前的组织金相图如图2所示，可以看出，低碳Cr-Ni-Mo系齿轮钢FAS3420H经轧制后缓冷，铸坯的微观组织为明显的带状组织，如图2所示，在冷镦时易在铁素体与珠光体两相交界面处产生应力集中而出现裂纹。齿轮钢FAS3420H正火处理后的组织金相图如图3所示，可以看出，经正火处理后，齿轮钢FAS3420H的微观组织转变为细小的铁素体+珠光体组织。齿轮钢FAS3420H球化处理后的组织金相图如图4-图6所示，可以看出，经亚温球化处理后，齿轮钢FAS3420H的微观组织转变为铁素体+弥散分布的球状碳化物，与球化处理前相比具有较大的变化，且经亚温球化处理后的微观组织细小且分布均匀，内部球化率达到90％以上。按《JB/T5074-2007：低、中碳钢球化体评级》对经亚温球化处理后的齿轮钢FAS3420H的球化评级为6级，齿轮钢FAS3420H球化处理后的维氏显微硬度为155-161HV1.0，圆棒断面显微硬度极差≤10HV1.0。

可以看出，采用本实施例的亚温球化退火工艺对齿轮钢FAS3420H进行处理后，齿轮钢FAS3420H的金相组织、硬度均匀，球化率高，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求，且本实施例的热处理过程操作简便，时间短，可以加快生产节奏，提高生产效率和产品质量；同时良好的球化退火组织有利于冷镦加工，不易产生变形开裂等现象，对齿轮渗碳淬火后的微观组织均匀化、淬火组织硬度以及回火后良好的韧性也有重要作用。

实施例二

本实施例提供一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，以低碳低合金齿轮钢FAS3420H为例进行说明，该工艺包括如下步骤：

1)对齿轮钢进行正火处理，具体地先将齿轮钢升温至840℃，控制升温时间为5.5h，然后在840℃保温35mim，随后空冷；

2)将正火后的齿轮钢升温至715℃，控制升温时间为7.5h；

3)将齿轮钢在715℃进行保温，保温时间为17h；

4)将保温后的齿轮钢由715℃降温至655℃，控制降温时间为4.5h；

5)待温度降至655℃后直接取出空冷，完成球化退火。

其中，齿轮钢FAS3420H的化学成分按照质量百分比计包括：0.18％C、0.35％Si、0.70％Mn、0.01％P、0.022％S、0.60％Cr、0.70％Ni、0.15％Mo、0.02％Al、0.006％Cu，余量为Fe。

按照实施例一中的方法对本实施例中经亚温球化处理后齿轮钢FAS3420H的微观组织及硬度等进行分析。结果显示，经亚温球化处理后，齿轮钢FAS3420H的微观组织转变为铁素体+弥散分布的球状碳化物，且分布均匀，内部球化率达到90％以上，维氏显微硬度为155-161HV1.0，圆棒断面显微硬度极差≤10HV1.0，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求。

实施例三

本实施例提供一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，以低碳低合金齿轮钢FAS3420H为例进行说明，该工艺包括如下步骤：

1)对齿轮钢进行正火处理，具体地先将齿轮钢升温至860℃，控制升温时间为4.5h，然后在860℃保温25mim，随后空冷；

2)将正火后的齿轮钢升温至695℃，控制升温时间为6.5h；

3)将齿轮钢在695℃进行保温，保温时间为18h；

4)将保温后的齿轮钢由695℃降温至645℃，控制降温时间为3.5h；

5)待温度降至645℃后直接取出空冷，完成球化退火。

其中，齿轮钢FAS3420H的化学成分按照质量百分比计包括：0.23％C、0.15％Si、0.90％Mn、0.02％P、0.019％S、0.40％Cr、0.40％Ni、0.25％Mo、0.04％Al、0.007％Cu，余量为Fe。

按照实施例一中的方法对本实施例中经亚温球化处理后齿轮钢FAS3420H的微观组织及硬度等进行分析。结果显示，经亚温球化处理后，齿轮钢FAS3420H的微观组织转变为铁素体+弥散分布的球状碳化物，且分布均匀，内部球化率达到90％以上，维氏显微硬度为155-161HV1.0，圆棒断面显微硬度极差≤10HV1.0，满足冷镦工艺对齿轮钢组织与性能的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)对齿轮钢进行正火处理；

2)将正火后的齿轮钢升温至705±10℃，控制升温时间为7±0.5h；

3)将齿轮钢在705±10℃进行保温，保温时间为16-18h；

4)将保温后的齿轮钢由705±10℃降温至650±5℃，控制降温时间为4±0.5h；

5)待温度降至650±5℃后直接取出空冷，完成球化退火。

2.如权利要求1所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于，步骤1)中正火处理的方法为：先将齿轮钢升温至850±10℃，控制升温时间为5±0.5h，然后在850±10℃保温30±5min，随后空冷。

3.如权利要求1所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于：所述齿轮钢为齿轮钢FAS3420H。

4.如权利要求3所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于：所述齿轮钢FAS3420H的化学成分按照质量百分比计包括：0.18～0.23％C、0.15～0.35％Si、0.70～0.90％Mn、≤0.030％P、0.017～0.032％S、0.40～0.60％Cr、0.40～0.70％Ni、0.15～0.25％Mo、0.01～0.045％Al、≤0.035％Cu，余量为Fe。

5.如权利要求1所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于：亚温球化退火处理后的齿轮钢的微观组织为铁素体+弥散分布的球状碳化物。

6.如权利要求1所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于：亚温球化退火处理后的齿轮钢的球化率大于90％。

7.如权利要求1所述的一种冷镦用齿轮钢的亚温球化退火工艺，其特征在于：亚温球化退火处理后的齿轮钢的维氏显微硬度为155-161HV1.0，断面显微硬度极差≤10HV1.0。

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