CN116891935A - 一种齿轮件的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿轮件的热处理工艺，包括五段碳势渗碳，S1，指定碳势的条件下采用温度930～940℃渗碳，并进行40小时～50小时；S2，指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行X小时；S3，指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，进行10小时～15小时；S4，指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Y小时；S5，指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Z小时；所述S2、S4和S5中所述渗碳层的深度与渗碳时间正相关。本发明的技术效果是，降低在渗碳层的深度为4.00mm～5.00mm的零件晶界氧化层的深度。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术，特别是一种齿轮件的热处理工艺。
背景技术
渗碳淬火是提高齿轮疲劳性能的关键技术，但在渗碳淬火加工过程中，在表面产生的晶界氧化一直是化学热处理行业难以解决的质量问题。通过对晶界氧化组织成份进行微区能谱分析，显示晶界氧化区域的成份主要为Cr、Si等的氧化物。晶界氧化的形成是由于在渗碳气氛中当氧从钢的表面侵入时，晶界附近的Cr、Si等元素便较其它元素优先扩散至晶界处与氧结合而形成氧化物，使得晶界及晶界附近合金元素贫化，致使该处淬透性降低，淬火后出现非马氏体组织。
晶界氧化的深度直接影响零件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度，使零件表面有益的残余压应力减小，导致零件使用寿命降低。研究表明，晶界氧化深度＜0.013mm时，对疲劳强度影响不大；当晶界氧化深度＞0.016mm时，可使零件疲劳强度降低25％，当晶界氧化深度在0.04mm以上时，弯曲疲劳强度可降低50％。因此，控制晶界氧化深度是化学热处理的关键技术。
经统计公司生产出的零件渗碳层与晶界氧化深度具体数值表明，对于零件渗碳层的深度＞3.00mm以上晶界氧化深度指标容易出现超差，层深越深，超差比列越大。对于层深零件渗碳层的深度在4.00mm～5.00mm范围零件，按ISO 6336-5ME级要求统计合格率仅为43.4％，按MQ级要求合格率为82.9％，所以对于零件渗碳层的深度在4.00mm～5.00mm零件，很有必要查找影响晶界氧化深度的因素，研发调试热处理工艺，降低晶界氧化深度。
发明内容
本发明的第一目的就是提供一种齿轮件的热处理工艺，有效降低渗碳层的深度为4.00mm～5.00mm的零件在渗碳淬火后的晶界氧化层的深度。
为实现上述第一目的，本发明采用如下技术方案。
一种齿轮件的热处理工艺，包括五段碳势渗碳，所述五段碳势渗碳包括如下步骤：
S1，强渗碳期第一段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度930～940℃渗碳，并进行40小时～50小时的渗碳时间；
S2，强渗碳期第二段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行X小时的渗碳时间；
S3，强渗碳期第三段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并进行10小时～15小时的渗碳时间；
S4，扩撒期第四段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Y小时的渗碳时间；
S5，扩散期第五段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Z小时的渗碳时间；所述S2、S4和S5中所述渗碳层的深度与渗碳时间正相关。
采用前述技术方案的本发明，针对渗碳层深度为4mm～5.0mm的零件。在强渗碳期，为了缩短渗碳强渗期时间，同时兼具晶粒不长大，工艺采用较高的强渗温度930℃～940℃强渗40小时～50小时，然后降至900℃～920℃继续渗碳的工艺，该工艺前期采用较高温度，有利于增强碳原子的活动系数，从而提高渗碳速度，缩短渗碳时间，而此时Cr、Si等元素的氧化物形成程度较低，渗碳一定时间后，降低温度，防止晶粒度异常长大，这样即能达到缩小Cr氧化区间的目的，保证了渗碳层深度，同时又可以避免奥氏体晶粒度长大，缩短了晶粒氧化层的形成深度。
优选的，所述五段碳势渗碳步骤之前还对零件进行两段均温，所述两端均温，所述两段均温包括第一段均温和第二段均温，所述第一段均温的温度为650℃，均温时间为2小时。
通过在进行五段碳势渗碳之前进行均温处理，保温2小时时间，对将要被渗碳处理的零件改善材料性能，提高材料的强度和韧性，使其具有更好的使用性能。
优选的，所述第二段均温的温度为850℃，均温时间为2小时。
这样，对零件进行第二段850℃下均温2小时的热处理，进一步提高均温的温度，使材料逐渐升温，与渗碳处理的温度更加接近，防止渗碳处理时温度急升，影响材料性能。
优选的，所述S2中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，15e＝X，其中e为零件渗碳层的深度，X为渗碳时间，e的单位为mm，X的单位为小时。
通过将第二段碳势渗碳时的时间与被渗碳零件的渗碳时间层的深度设计相应的关系式，可以在满足渗碳质量的前提下减少晶界氧化深度。
优选的，所述S4中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，10e＝Y，其中e为零件渗碳层的深度，Y为渗碳时间，e的单位为mm，Y的单位为小时。
这样，将第四段碳势渗碳扩散阶段的时间与被渗碳零件的渗碳时间层的深度设计相应的关系式，根据被渗碳零件的渗碳时间层的深度设置对应的渗碳时间，在满足渗碳质量的前提下减少晶界氧化深度。
优选的，所述S5中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，5e＝Z，其中e为零件渗碳层的深度，Z为渗碳时间，e的单位为mm，Z的单位为小时。
这样，在第五段碳势渗碳扩散阶段的时间与被渗碳零件的渗碳时间层的深度设计相应的关系式，根据被渗碳零件的渗碳时间层的深度设置对应的渗碳时间，在满足渗碳质量的前提下减少晶界氧化深度。
优选的，所述S1～S5中的指定碳势分别为1.25％碳～1.3％碳、1.2±0.05％碳、1.0±0.05％碳、0.7±0.05％碳和0.8±0.05％碳。
这样，在五段碳势渗碳的过程中，首先在强渗碳阶段的第一段碳势渗碳可将碳势控制在1.25％碳～1.3％碳并持续40小时～50小时，第一段碳势渗碳时将碳势降至1.20±0.05％碳并持续40小时～50小时。这样一方面有利于缩短渗碳时间，另一方面有利于降低炉内氧分压，从而达到减少晶界氧化深度的目的。且由于长时间高碳势渗碳，炉内碳黑较多，后续转扩散过程碳势不易在短时间内降到要求范围。因此在强渗后期适当降低碳势，为扩散创造条件。即在进入扩散前第三段碳势渗碳时将碳势降至1.0±0.05％碳并持续10小时～15小时，为后续扩散做准备。在扩散时同样采用两段碳势，第四段碳势渗碳时将碳势降低至0.7％±0.05％碳，扩散掉已形成的碳化物，第五段碳势渗碳时再将碳势提供至0.8％±0.05％碳，保证炉内必要的氧分压及表面碳浓度，避免晶界氧化深度加深。
优选的，所述五段碳势渗碳之后对零件进行所述淬火冷却，所述淬火冷却采用硝盐浴淬火，所述硝盐浴淬火时的硝盐含水量控制在0.5％-3.0％。
这样，将硝盐浴淬火时的硝盐含水量控制在0.5％-3.0％，便于利用高硝盐的冷却效果。
优选的，所述硝盐浴淬火时用压缩空气搅拌硝盐浴，所述压缩空气的压力为0.3MPa～0.5MPa。
本发明的有益效果是，兼顾了防止零件晶粒度粗大及减小变形量，同时降低深层零件晶界氧化深度的控制目的出发，在渗碳强渗期，为了缩短渗碳强渗期时间，同时兼具晶粒不长大，工艺采用较高的强渗温度930℃～940℃强渗40小时～50小时，然后降至900℃～920℃继续渗碳的工艺，该工艺前期采用较高温度，有利于增强碳原子的活动系数，从而提高渗速，缩短时间，而此时Cr、Si等元素的氧化物形成程度较低，渗碳一定时间后，降低温度，防止晶粒度异常长大，这样即能达到缩小Cr氧化区间的目的，保证了渗碳层深度，同时又可以避免奥氏体晶粒度长大，缩短了晶粒氧化层的形成深度。这样，在五段碳势渗碳的过程中首先在强渗碳阶段的第一段碳势渗碳可将碳势控制在1.25％碳～1.3％碳并持续40小时～50小时，第一段碳势渗碳时将碳势降至1.20±0.05％碳并持续40小时～50小时。这样一方面有利于缩短渗碳时间，另一方面有利于降低炉内氧分压，从而达到减少晶界氧化深度的目的。且由于长时间高碳势渗碳，炉内碳黑较多，后续转扩散过程碳势不易在短时间内降到要求范围。因此在强渗后期适当降低碳势，为扩散创造条件。即在进入扩散前第三段碳势渗碳时将碳势降至1.0±0.05％碳并持续10小时～15小时，为后续扩散做准备。在扩散时同样采用两段碳势，第四段碳势渗碳时将碳势降低至0.7％±0.05％碳，扩散掉已形成的碳化物，第五段碳势渗碳时再将碳势提供至0.8％±0.05％碳，保证炉内必要的氧分压及表面碳浓度，避免晶界氧化深度加深。
附图说明
图1是本发明的工艺曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例一，参见图1，一种齿轮件的热处理工艺，包括五段碳势渗碳，所述五段碳势渗碳包括如下步骤：
S1，强渗碳期第一段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度930～940℃渗碳，并进行40小时～50小时的渗碳时间；
S2，强渗碳期第二段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行X小时的渗碳时间；
S3，强渗碳期第三段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并进行10小时～15小时的渗碳时间；
S4，扩撒期第四段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Y小时的渗碳时间；
S5，扩散期第五段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Z小时的渗碳时间，所述S2、S4和S5中所述渗碳层的深度与渗碳时间正相关。
其中，参见图1，所述五段碳势渗碳步骤之前还对零件进行两段均温，所述两端均温包括第一段均温和第二段均温，所述第一段均温的温度为650℃，均温时间为2小时。
参见图1，所述S2中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，15e＝X，其中e为零件渗碳层的深度，X为渗碳时间，e的单位为mm，X的单位为小时。针对渗碳层深度为4mm～5.0mm的零件，对应的渗碳时间为60h～75h。随着渗碳层深度的增加，对应的渗碳时间也对应增加。
参见图1，所述S4中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，10e＝Y，其中e为零件渗碳层的深度，Y为渗碳时间，e的单位为mm，Y的单位为小时。针对渗碳层深度为4mm～5.0mm的零件，对应的渗碳时间为40h～50h。随着渗碳层深度的增加，对应的渗碳时间也对应增加。
参见图1，所述S5中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，5e＝Z，其中e为零件渗碳层的深度，Z为渗碳时间，e的单位为mm，Z的单位为小时。针对渗碳层深度为4mm～5.0mm的零件，对应的渗碳时间为20h～25h。随着渗碳层深度的增加，对应的渗碳时间也对应增加。
参见图1，所述S1～S5中的指定碳势分别为1.25％碳～1.3％碳、1.2±0.05％碳、1.0±0.05％碳、0.7±0.05％碳和0.8±0.05％碳。
参见图1，所述五段碳势渗碳之后对零件进行所述淬火冷却，所述淬火冷却采用硝盐浴淬火，所述硝盐浴淬火时的硝盐含水量控制在0.5％-3.0％。所述硝盐浴淬火时用压缩空气搅拌硝盐浴，所述压缩空气的压力为0.3MPa～0.5MPa。
这样，在五段碳势渗碳的过程中首先在强渗碳阶段的第一段碳势渗碳可将碳势控制在1.25％碳～1.3％碳并持续40小时～50小时，第一段碳势渗碳时将碳势降至1.20±0.05％碳并持续40小时～50小时。这样一方面有利于缩短渗碳时间，另一方面有利于降低炉内氧分压，从而达到减少晶界氧化深度的目的。且由于长时间高碳势渗碳，炉内碳黑较多，后续转扩散过程碳势不易在短时间内降到要求范围。因此在强渗后期适当降低碳势，为扩散创造条件。即在进入扩散前第三段碳势渗碳时将碳势降至1.0±0.05％碳并持续10小时～15小时，为后续扩散做准备。在扩散时同样采用两段碳势，第四段碳势渗碳时将碳势降低至0.7％±0.05％碳，扩散掉已形成的碳化物，第五段碳势渗碳时再将碳势提供至0.8％±0.05％碳，保证炉内必要的氧分压及表面碳浓度，避免晶界氧化深度加深。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种齿轮件的热处理工艺，其特征在于，包括五段碳势渗碳，所述五段碳势渗碳包括如下步骤：
S1，强渗碳期第一段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度930～940℃渗碳，并进行40小时～50小时的渗碳时间；
S2，强渗碳期第二段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行X小时的渗碳时间；
S3，强渗碳期第三段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并进行10小时～15小时的渗碳时间；
S4，扩撒期第四段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Y小时的渗碳时间；
S5，扩散期第五段碳势渗碳，在指定碳势的条件下采用温度900～920℃渗碳，并根据零件渗碳层的深度与渗碳时间之间的关系式进行Z小时的渗碳时间；
所述S2、S4和S5中所述渗碳层的深度与渗碳时间正相关。
2.根据权利要求1所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述五段碳势渗碳步骤之前还对零件进行两段均温，所述两端均温包括第一段均温和第二段均温，所述第一段均温的温度为650℃，均温时间为2小时。
3.根据权利要求2所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述第二段均温的温度为850℃，均温时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述S2中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，15e＝X，其中e为零件渗碳层的深度，X为渗碳时间，e的单位为mm，X的单位为小时。
5.根据权利要求1所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述S4中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，10e＝Y，其中e为零件渗碳层的深度，Y为渗碳时间，e的单位为mm，Y的单位为小时。
6.根据权利要求1所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述S5中的零件渗碳层的深度与渗碳时间之间具有如下关系式，5e＝Z，其中e为零件渗碳层的深度，Z为渗碳时间，e的单位为mm，Z的单位为小时。
7.根据权利要求1所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述S1～S5中的指定碳势分别为1.25％碳～1.3％碳、1.2±0.05％碳、1.0±0.05％碳、0.7±0.05％碳和0.8±0.05％碳。
8.根据权利要求1～7任一所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述五段碳势渗碳之后对零件进行所述淬火冷却，所述淬火冷却采用硝盐浴淬火，所述硝盐浴淬火时的硝盐含水量控制在0.5％-3.0％。
9.根据权利要求8所述的齿轮件的热处理工艺，其特征在于，所述硝盐浴淬火时用压缩空气搅拌硝盐浴，所述压缩空气的压力为0.3MPa～0.5MPa。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311104697.2A Pending CN116891935A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种齿轮件的热处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116891935A (zh) |
-
2023
- 2023-08-30 CN CN202311104697.2A patent/CN116891935A/zh active Pending
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