CN117448732A - 渗碳齿轮制造方法及齿轮 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种渗碳齿轮制造方法及齿轮，涉及齿轮的技术领域，包括：经前处理得到粗加工齿轮；对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理；对第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织；先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织；设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。本申请，能够针对齿轮易损耗部位进行优化处理，通过优化齿轮表层组织及心部组织，减少残余奥氏体含量，提高表层及心部组织性能，同时提高了齿轮表面的耐疲劳和耐磨损性能，大大提高了齿轮的使用寿命。

Description

渗碳齿轮制造方法及齿轮
技术领域
本申请涉及齿轮的技术领域，具体涉及一种渗碳齿轮制造方法及齿轮。
背景技术
渗碳齿轮的应用领域非常广泛。首先在汽车工业中，由于能够提供超强耐磨性能，渗碳齿轮在变速器、差速器和传动轴等部件上得到了广泛应用。其次，在机械领域中，紧密渗碳齿轮在各种机床、数控机床和其他精密机械设备中都有应用。另外，在船舶和航空领域中，由于要求机械设备的工作环境恶劣，对齿轮的性能和使用寿命要求更高。
传统的对于渗碳齿轮的制造工艺主要包括毛坯锻造、正火处理、粗加工齿坯、粗加工轮齿、一次渗碳、直接淬火、精加工齿坯、精磨轮齿，使用这种工艺其制造出的齿轮表层组织及心部组织性能较差，残余奥氏体含量偏高，齿轮加工精度偏低，一般进行配对磨齿，齿轮不具备互换性，齿轮副接触印痕调整困难，载荷分配不均，制备的齿轮寿命偏低。
现有的制备渗碳齿轮的工艺中虽然也使用了多次渗碳，但是其仅进行渗碳处理对于齿轮中易损耗部位的硬度和耐磨性相比于一次渗碳改善效果不明显，一因此，制备的齿轮寿命也偏低。
发明内容
为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本申请提供了一种渗碳齿轮制造方法及齿轮，能够针对齿轮易损耗部位进行优化处理，通过优化齿轮表层组织及心部组织，减少残余奥氏体含量，提高表层及心部组织性能，同时提高了齿轮表面的耐疲劳和耐磨损性能，大大提高了齿轮的使用寿命。
本申请实施例提供的具体技术方案如下：
第一方面，提供一种渗碳齿轮制造方法，所述方法包括：
S1、经前处理得到粗加工齿轮；
S2、对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理；
S3、对经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织；
S4、先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织；
S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
在一个具体的实施例中，所述步骤S2中渗碳：对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，具体包括：
所述第一预设区域包括轮齿区域；
S2.1：对除所述第一预设区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，
S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；
所述渗碳处理温度为880～940℃；
其中，所述渗碳处理温度为910～930℃；
所述渗碳处理保温时间为8～12h；
其中，所述渗碳处理保温时间为10h；
所述渗碳处理深度为1.0～1.3mm；
其中，所述渗碳处理深度为1.1～1.4mm。
在一个具体的实施例中，所述步骤S3中在经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗处理以获得渗层组织，具体包括：
所述第二预设区域包括轴承安装区域和花键区域；
S3.1：对除所述第二预设区域以外区域镀铜，然后对所述轴承安装区域和所述花键区域进行碳氮共渗，以获得所述渗层组织；
S3.2：所述碳氮共渗完成后，对齿轮退铜处理；
所述碳氮共渗温度为810～850℃，
其中，所述碳氮共渗温度为820～840℃；
所述碳氮共渗保温时间为5～11h；
其中，所述碳氮共渗保温时间为6h；
所述碳氮共渗处理深度为0.2～0.7mm
其中，所述碳氮共渗处理深度为0.3～0.6mm。
在一个具体的实施例中，所述步骤S4中的所述一次淬火温度高于Ac3；
其中，所述一次淬火温度为850～870℃；
步骤S4中的所述二次淬火温度高于Ac1；
所述二次淬火温度为760～800℃。
在一个具体的实施例中，所述步骤S5中的所述冰冷处理温度为-80～-60℃；
其中，所述冰冷处理温度为-70℃；
所述第一回火处理温度为170～190℃，
其中，所述第一回火处理温度为180℃；
所述第一回火处理保温时间为3～5h；
其中，所述第一回火处理保温时间为4h。
在一个具体的实施例中，所述步骤S1中的前处理步骤具体包括：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理、第二回火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
在一个具体的实施例中，所述原材料选用渗碳金属材料；
所述冶炼方式采用电渣重熔；
所述锻造过程中的所述原材料装炉温度小于800℃，设置初始锻造温度和终止锻造温度；
所述初始锻造温度为1100～1300℃；
其中，所述初始锻造温度为1180℃；
所述终止锻造温度大于850℃；
所述正火处理温度900～920℃，所述正火处理保温时间1～2h；
所述第二回火处理温度640～660℃；所述第二回火处理保温时间2～3h。
在一个具体的实施例中，所述步骤S5中冰冷处理后还包括：
S6、精加工齿坯，粗磨齿轮表面，
S7、设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮；
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理；
S9、对强喷后的齿轮进行磷化处理。
在一个具体的实施例中，所述步骤S6中的粗磨齿轮表面中的齿面留余量为0.05～0.07mm；
所述步骤S8中的所述强喷介质硬度为HRC45-52，所述强喷强度为0.25～0.35A，所述强喷覆盖率为200％。
第二方面，提供一种齿轮，所述齿轮根据如上所述的渗碳齿轮制造方法制得。
本申请实施例具有如下有益效果：
1.本申请实施例提供的方案，首先进行前处理得到粗加工齿轮，然后对粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，对渗碳处理后的齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，通过渗碳以及碳氮共渗实现了对齿轮易损耗部位的优化，优化齿轮表层组织及心部组织，减少残余奥氏体含量，使粗加工齿轮中获得渗层组织，然后进行淬火，通过两次淬火细化心部晶粒并获得隐晶马氏体和粒状碳化物，从而保证齿轮表面的高强度、高耐磨性，进而提高齿轮的使用寿命。
2.通过反调参数，然后基于反调参数精磨齿轮表面，提高了齿形齿向的精度和互换性。
3.在齿轮表面进行强喷处理，即采用强喷强化处理，将齿轮表面拉应力或低的压应力调整为高的压应力状态，提高了齿面的疲劳强度。
4.对轮齿表面进行磷化处理，在轮齿表面形成为空，用于储油，从而提高齿轮的润滑效率，减小磨损。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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他的附图。
图1示出根据本申请中渗碳齿轮制造方法的示意图；
图2示出根据本申请中齿轮的结构示意图；
图3示出根据本申请中的锻造过程的示意图；
图4示出根据本申请中的渗碳、碳氮共渗以及淬火过程的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
一种渗碳齿轮制造方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、经前处理得到粗加工齿轮。
具体的，所述前处理包括以下步骤：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理、第二回火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
本实施例中制备的齿轮模数为4.5m，选择的原材料为12CrNi3，冶炼方式采用电渣重熔，如图3所示，将原材料进行冶炼后并在温度750℃条件下装入炉中；设置初始锻造温度为1180℃，终止锻造温度为880℃，随炉升温至初始锻造温度1180℃时，开始锻造，并在终止锻造温度880℃时，停止锻造。
对锻后毛坯进行正火处理和第二回火处理，其中第二回火处理为高温回火处理，设置正火温度910℃±10℃，保温1.5h，高温回火温度650℃±10℃，保温2.5h，从而消除锻造应力，改善锻造组织并细化晶粒，使得制备的锻后毛坯晶粒度不低于5级。
对经过第一回火处理的毛坯进行粗加工齿坯，去除大部分的加工余量，为下一道滚齿加工出基准，进一步的粗加工轮齿得到粗加工轮齿，齿顶以及齿缘倒棱，为渗碳及后续精磨齿做准备。
步骤S2、对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理。
具体的，实施例中的加工的齿轮结构如图2所示，主要包括依次设置的轮齿区域1a、轴承安装区域1b和花键区域1c，其中，划分第一预设区域包括轮齿区域1a。划分第二预设区域包括轴承安装区域1b和花键区域1b。
步骤S2中对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，具体包括以下步骤：
S2.1：对除所述第一预设区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，
S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；
具体的，如图4所示，渗碳处理过程中，首先对除轮齿区域1a进行镀铜保护，然后对轮齿表面区域进行一次渗碳，渗碳温度为910～930℃，渗碳处理保温时间为10h，渗碳处理深度为1.0～1.3mm。在对第一预设区域渗碳完成后，对齿轮进行退铜处理，以去除齿轮上的镀铜层，从而便于对齿轮上的其他区域进行渗碳处理。
步骤S3、对经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织。
具体包括，S3.1：对除所述第二预设区域以外区域镀铜，然后对所述轴承安装区域1b和所述花键区域1c进行碳氮共渗，以获得所述渗层组织；
S3.2：所述碳氮共渗完成后，对齿轮退铜处理。
在一个具体的实施例中，如图2所示，第二预设区域为齿轮中的轴承安装区域1b和花键区域1c，首先对除了轴承安装区域1b和花键区域1c以外的区域进行镀铜，然后对轴承安装区域1b和花键区域1c进行碳氮共渗，碳氮共渗温度830℃±10℃，保温时间6h,碳氮共渗深度0.3-0.6mm。并在碳氮共渗处理后，进行退铜处理。
步骤S4、先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织。
具体的，对碳氮共渗后齿轮进行两次淬火处理，一次淬火温度860℃±10℃，主要作用细化心部晶粒并消除表面网状碳化物，然后进行第二次淬火，第二次淬火温度790℃±10℃，获得隐晶马氏体和粒状碳化物，保证表面的高强度、高耐磨性，并减少碳化物，两次淬火后，轮齿表面硬度HRC58-62,心部硬度HRC35-42。
步骤S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
在一个具体的实施例中，对二次淬火后的齿轮进行冰冷处理，冰冷处理温度为-70℃，以减少残余奥氏体含量，稳定齿轮，然后进行第一回火处理，回火温度180℃，保温4h。
S6、精加工齿坯为精磨齿加工出基准，粗磨齿轮表面，齿面留余量0.05-0.07mm。
S7、采用取点测量齿轮齿形和齿向，将齿轮齿向测量点实际坐标与理论坐标对比，然后对机床进行调整，以实现设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮，根据反调参数精磨轮齿表面，保证齿形齿向精度及互换性。
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理，通过强喷强化处理将齿轮表面拉应力或低的压应力调整为高的压应力状态，强喷后，距表面10微米内压应力应大于-900MPa，提高齿面疲劳强度，具体的，强喷介质为ZG60，强喷介质硬度为HRC45-52，强喷强度为0.25～0.35A，强喷覆盖率为200％。
S9、对强喷后的齿轮进行磷化处理，在经过磷化处理后，在齿轮表面形成微孔用于储油，从内提高齿轮的润滑效率和润滑持久性，减小齿轮磨损。
应该理解的是，虽然图1流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
实施例二
步骤S1、经前处理得到粗加工齿轮。
具体的，所述前处理包括以下步骤：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理、第二回火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
本实施例中制备的齿轮模数为4.5m，选择的原材料为18Cr2Ni4W，冶炼方式采用电渣重熔，将原材料进行冶炼后并在温度750℃条件下装入炉中；设置初始锻造温度为1180℃，终止锻造温度为880℃，随炉升温至初始锻造温度1180℃时，开始锻造，并在终止锻造温度880℃时，停止锻造。
对锻后毛坯进行正火处理和第二回火处理，其中第二回火处理为高温回火处理，设置正火温度910℃±10℃，保温1.5h，高温回火温度650℃±10℃，保温2.5h，从而消除锻造应力，改善锻造组织并细化晶粒，使得制备的锻后毛坯晶粒度不低于5级。
对经过第一回火处理的毛坯进行粗加工齿坯，去除大部分的加工余量，为下一道滚齿加工出基准，进一步的粗加工轮齿得到粗加工轮齿，齿顶以及齿缘倒棱，为渗碳及后续精磨齿做准备。
步骤S2、对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理。
具体的，实施例中的加工的齿轮结构如图2所示，主要包括依次设置的轮齿区域1a、轴承安装区域1b和花键区域1c，其中，划分第一预设区域包括轮齿区域1a。划分第二预设区域包括轴承安装区域1b和花键区域1b。
步骤S2中对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，具体包括以下步骤：
S2.1：对除所述第一预设区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，
S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；
具体的，渗碳处理过程中，首先对除轮齿区域1a进行镀铜保护，然后对轮齿表面区域进行一次渗碳，渗碳温度为910～930℃，渗碳处理保温时间为10h，渗碳处理深度为1.0～1.3mm。在对第一预设区域渗碳完成后，对齿轮进行退铜处理，以去除齿轮上的镀铜层，从而便于对齿轮上的其他区域进行渗碳处理。
步骤S3、对经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织。
具体包括，S3.1：对除所述第二预设区域以外区域镀铜，然后对所述轴承安装区域1b和所述花键区域1c进行碳氮共渗，以获得所述渗层组织；
S3.2：所述碳氮共渗完成后，对齿轮退铜处理。
在一个具体的实施例中，如图2所示，第二预设区域为齿轮中的轴承安装区域1b和花键区域1c，首先对除了轴承安装区域1b和花键区域1c以外的区域进行镀铜，然后对轴承安装区域1b和花键区域1c进行碳氮共渗，碳氮共渗温度830℃±10℃，保温时间6h，碳氮共渗深度0.3-0.6mm。并在碳氮共渗处理后，进行退铜处理。
步骤S4、先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织。
具体的，对碳氮共渗后齿轮进行两次淬火处理，一次淬火温度860℃±10℃，主要作用细化心部晶粒并消除表面网状碳化物，然后进行第二次淬火，第二次淬火温度780℃±10℃，获得隐晶马氏体和粒状碳化物，保证表面的高强度、高耐磨性，并减少碳化物，两次淬火后，轮齿表面硬度HRC58-62,心部硬度HRC35-42。
步骤S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
在一个具体的实施例中，对二次淬火后的齿轮进行冰冷处理，冰冷处理温度为-70℃，以减少残余奥氏体含量，稳定齿轮，然后进行第一回火处理，回火温度180℃，保温4h。
S6、精加工齿坯为精磨齿加工出基准，粗磨齿轮表面，齿面留余量0.05-0.07mm。
S7、采用取点测量齿轮齿形和齿向，将齿轮齿向测量点实际坐标与理论坐标对比，然后对机床进行调整，以实现设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮，根据反调参数精磨轮齿表面，保证齿形齿向精度及互换性。
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理，通过强喷强化处理将齿轮表面拉应力或低的压应力调整为高的压应力状态，强喷后，距表面10微米内压应力应大于-900MPa，提高齿面疲劳强度，具体的，强喷介质为ZG60，强喷介质硬度为HRC45-52，强喷强度为0.25～0.35A，强喷覆盖率为200％。
S9、对强喷后的齿轮进行表面磷化处理，在经过磷化处理后，在齿轮表面形成微孔用于储油，从内提高齿轮的润滑效率和润滑持久性，减小齿轮磨损。
实施例三
步骤S1、经前处理得到粗加工齿轮。
具体的，所述前处理包括以下步骤：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
本实施例中制备的齿轮模数为4.5m，选择的原材料为12CrNi3，冶炼方式采用电渣重熔，将原材料进行冶炼后并在温度小于800℃条件下装入炉中；设置初始锻造温度为1180℃，终止锻造温度为880℃，随炉升温至初始锻造温度1180℃时，开始锻造，并在终止锻造温度880℃时，停止锻造。
对锻后毛坯进行正火处理，设置正火温度910℃±10℃，保温1.5h。对经过正火处理的毛坯进行粗加工齿坯，去除大部分的加工余量，为下一道滚齿加工出基准，进一步的粗加工轮齿得到粗加工轮齿，齿顶以及齿缘倒棱，为渗碳及后续精磨齿做准备。
步骤S2、对所述粗加工齿轮的轮齿区域1a进行渗碳处理。
步骤S2中渗碳：对所述粗加工齿轮的轮齿区域进行渗碳处理，具体包括以下步骤：
S2.1：对除所述轮齿区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；
具体的，渗碳处理过程中，首先对除轮齿区域1a进行镀铜保护，然后对轮齿表面区域进行一次渗碳，渗碳温度为910～930℃，渗碳处理保温时间为10h，渗碳处理深度为1.0～1.3mm。在对第一预设区域渗碳完成后，对齿轮进行退铜处理，以去除齿轮上的镀铜层，从而便于后续加工。
步骤S4、进行直接淬火处理，淬火温度860℃±10℃。
步骤S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
冰冷处理温度为-70℃，以减少残余奥氏体含量，稳定齿轮，然后进行第一回火处理，回火温度180℃，保温4h。
S6、精加工齿坯为精磨齿加工出基准，然后以齿坯基准精磨轮齿。
S7、采用取点测量齿轮齿形和齿向，将齿轮齿向测量点实际坐标与理论坐标对比，然后对机床进行调整，以实现设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮，根据反调参数精磨轮齿表面，保证齿形齿向精度及互换性。
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理，通过强喷强化处理将齿轮表面拉应力或低的压应力调整为高的压应力状态，强喷后，距表面10微米内压应力应大于-900MPa，提高齿面疲劳强度，具体的，强喷介质为ZG60，强喷介质硬度为HRC45-52，强喷强度为0.25～0.35A，强喷覆盖率为200％。
S9、对强喷后的齿轮进行表面磷化处理，在经过磷化处理后，在齿轮表面形成微孔用于储油，从内提高齿轮的润滑效率和润滑持久性，减小齿轮磨损。
实施例四
本实施例中的齿轮原材料12CrNi3，冶炼方式为电渣重熔，其与实施例一的不同之处在于，对原材料前处理、渗碳、碳氮共渗后进行直接淬火，淬火温度790℃，然后进行冰冷处理。
实施例五
本实施例中的齿轮原材料12CrNi3，冶炼方式为电渣重熔，与以上实施例一的不同之处仅仅在于，对原材料前处理、渗碳、碳氮共渗后进行直接淬火，淬火温度860℃，淬火后不进行冰冷处理。
将实施例一与实施例二、实施例三、实施例四以及实施例五制造工艺制备出的齿轮分别标记为一号齿轮、二号齿轮、三号齿轮、四号齿轮以及五号齿轮，然后对五个齿轮制备过程中以及制造完成后进行相关性能测试，测试结果如表1所示：
表1五个齿轮相关性能测试结果
通过表1中的测试结果，可以看出，通过本申请中方案制造的一号齿轮和二号齿轮的心部硬度和表面硬度均达到对应标准，同时对其心部以及层面组织进行金相分析，心部铁素体为3级，表层残余奥氏体含量2～3％，马氏体3级，碳化物5级，组织与性能均良好；并且其疲劳测试显示两倍载荷测试下，220h后仍无损耗。
三号齿轮的制造工艺的锻造中不设置第二次回火处理，以及直接进行一次淬火，不设置二次淬火处理使得制造出的三号齿轮在在正常载荷条件工作80h后，检测异常，拆机检查发现齿轮副中小齿轮轮齿有一处断裂，多处轮齿出现点状凹坑，同时轴承安装位置出现环状磨损。经对材料成分、金相组织及断口分析，材料成分符合标准要求，表面硬度HRC55，表面残留奥氏体含量30％。断口分析结果表示，断裂源为轮齿表面点蚀区，最终扩展为疲劳断裂。轴承安装位置环状磨损为表面硬度偏低导致的微动磨损。与三号齿轮相比可以看出，本方案中的回火处理，以及二次淬火处理对齿轮中易损耗部位的强度和硬度有较大的提升，从而确保了齿轮具有更长的使用寿命。
四号齿轮以及五号齿轮与实施例一相比，可以看出仅进行一次淬火或者不进行冰冷处理使得制备后的齿轮心部存在大量先共析铁素体，组织评级6级，心部硬度为HRC28，心部韧性较差，渗碳层为马氏体+块、条状断续分布网状碳化物，组织评级7级，表层脆性较高。五号齿轮的渗碳层先共析碳化物溶入奥氏体，残留奥氏体含量35％，马氏体针状组织粗大，组织评级4级，表层硬度低，耐磨性差。进一步验证了本申请方案中的通过渗碳、碳氮共渗、淬火以及冰冷处理实现了对齿轮易损耗部位的优化，优化齿轮表层组织及心部组织，减少残余奥氏体含量，使粗加工齿轮中获得渗层组织，然后进行淬火，通过两次淬火细化心部晶粒并获得隐晶马氏体和粒状碳化物，从而保证齿轮表面的高强度、高耐磨性，进而提高齿轮的使用寿命。
实施例六
对应上述实施例，本申请提供了一种齿轮，所述齿轮根据如上所述的渗碳齿轮制造方法制得。其中，所述渗碳齿轮的制造方法包括：
S1、经前处理得到粗加工齿轮；
S2、对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理；
S3、对经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织；
S4、先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织；
S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
在一个具体的实施例中，所述步骤S2中对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，具体包括：
所述第一预设区域包括轮齿区域；S2.1：对除所述第一预设区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；所述渗碳处理温度为900～940℃；其中，所述渗碳处理温度为880～930℃；所述渗碳处理保温时间为8～12h；其中，所述渗碳处理保温时间为10h；所述渗碳处理深度为1.0～1.3mm；其中，所述渗碳处理深度为1.1～1.4mm。
在一个具体的实施例中，所述步骤S3中在经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗处理以获得渗层组织，具体包括：
所述第二预设区域包括轴承安装区域和花键区域；S3.1：对除所述第二预设区域以外区域镀铜，然后对所述轴承安装区域和所述花键区域进行碳氮共渗，以获得所述渗层组织；S3.2：所述碳氮共渗完成后，对齿轮退铜处理；所述碳氮共渗温度为810～850℃，其中，所述碳氮共渗温度为820～840℃；所述碳氮共渗保温时间为5～11h；其中，所述碳氮共渗保温时间为6h；所述碳氮共渗处理深度为0.2～0.7mm其中，所述碳氮共渗处理深度为0.3～0.6mm。
在一个具体的实施例中，所述步骤S4中的所述一次淬火温度高于Ac3；
其中，所述一次淬火温度为850～870℃；步骤S4中的所述二次淬火温度高于Ac1；所述二次淬火温度为760～800℃。
在一个具体的实施例中，所述步骤S5中的所述冰冷处理温度为-80～-60℃；其中，所述冰冷处理温度为-70℃；所述第一回火处理温度为170～190℃，其中，所述第一回火处理温度为180℃；所述第一回火处理保温时间为3～5h；其中，所述第一回火处理保温时间为4h。
在一个具体的实施例中，所述步骤S1中的前处理步骤具体包括：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理、第二回火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
在一个具体的实施例中，所述原材料选用渗碳金属材料；所述冶炼方式采用电渣重熔；所述锻造过程中的所述原材料装炉温度小于800℃，设置初始锻造温度和终止锻造温度；所述初始锻造温度为1100～1300℃；其中，所述初始锻造温度为1180℃；所述终止锻造温度大于850℃；所述正火处理温度900～920℃，所述正火处理保温时间1～2h；所述第二回火处理温度640～660℃；所述第二回火处理保温时间2～3h。
在一个具体的实施例中，所述步骤S5中冰冷处理后还包括：
S6、精加工齿坯，粗磨齿轮表面，
S7、设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮；
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理；
S9、对强喷后的齿轮进行磷化处理。
在一个具体的实施例中，所述步骤S6中的粗磨齿轮表面中的齿面留余量为0.05～0.07mm；所述步骤S8中的所述强喷介质硬度为HRC45-52，所述强喷强度为0.25～0.35A，所述强喷覆盖率为200％。
尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、经前处理得到粗加工齿轮；
S2、对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理；
S3、对经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗，以使所述粗加工齿轮中获得渗层组织；
S4、先进行一次淬火奥氏体化以细化心部组织，然后进行二次淬火奥氏体化以细化所述渗层组织；
S5、设置淬火处理后的齿轮进行冰冷处理以及第一回火处理。
2.根据权利要求1所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S2中对所述粗加工齿轮的第一预设区域进行渗碳处理，具体包括：
所述第一预设区域包括轮齿区域；
S2.1：对除所述第一预设区域以外区域镀铜，然后对所述轮齿区域进行渗碳处理，
S2.2：渗碳处理完成后，对齿轮退铜处理；
所述渗碳处理温度为880～930℃；
其中，所述渗碳处理温度为910～930℃；
所述渗碳处理保温时间为8～12h；
其中，所述渗碳处理保温时间为10h；
所述渗碳处理深度为1.0～1.3mm；
其中，所述渗碳处理深度为1.1～1.4mm。
3.根据权利要求2所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S3、在经S2处理后齿轮的第二预设区域进行碳氮共渗处理以获得渗层组织，具体包括：
所述第二预设区域包括轴承安装区域和花键区域；
S3.1：对除所述第二预设区域以外区域镀铜，然后对所述轴承安装区域和所述花键区域进行碳氮共渗，以获得所述渗层组织；
S3.2：所述碳氮共渗完成后，对齿轮退铜处理；
所述碳氮共渗温度为810～850℃，
其中，所述碳氮共渗温度为820～840℃；
所述碳氮共渗保温时间为5～11h；
其中，所述碳氮共渗保温时间为6h；
所述碳氮共渗处理深度为0.2～0.7mm
其中，所述碳氮共渗处理深度为0.3～0.6mm。
4.根据权利要求3所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S4中的所述一次淬火温度高于Ac3；
其中，所述一次淬火温度为850～870℃；
步骤S4中的所述二次淬火温度高于Ac1；
所述二次淬火温度为760～800℃。
5.根据权利要求4所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S5中的所述冰冷处理温度为-80～-60℃；
其中，所述冰冷处理温度为-70℃；
所述第一回火处理温度为170～190℃，
其中，所述第一回火处理温度为180℃；
所述第一回火处理保温时间为3～5h；
其中，所述第一回火处理保温时间为4h。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S1中的前处理步骤具体包括：
S1.1：选择原材料，进行冶炼、锻造得到锻后毛坯；
S1.2：对所述锻后毛坯进行正火处理、第二回火处理；
S1.3：对经过S1.2处理后的齿轮进行粗加工齿坯、粗加工轮齿得到粗加工齿轮。
7.根据权利要求6所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述原材料选用渗碳金属材料；
所述冶炼方式采用电渣重熔；
所述锻造过程中的所述原材料装炉温度小于800℃，设置初始锻造温度和终止锻造温度；
所述初始锻造温度为1100～1300℃；
其中，所述初始锻造温度为1180℃；
所述终止锻造温度大于850℃；
所述正火处理温度900～920℃，所述正火处理保温时间1～2h；
所述第二回火处理温度640～660℃；所述第二回火处理保温时间2～3h。
8.根据权利要求6所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，所述步骤S5中冰冷处理后还包括：
S6、精加工齿坯，粗磨齿轮表面，
S7、设置反调参数，并根据所述反调参数精磨齿轮；
S8、对经过S7处理的齿轮进行强喷处理；
S9、对强喷后的齿轮进行磷化处理。
9.根据权利要求8所述的渗碳齿轮制造方法，其特征在于，
所述步骤S6中的粗磨齿轮表面中的齿面留余量为0.05～0.07mm；
所述步骤S8中所述强喷介质硬度为HRC45-52，所述强喷强度为0.25～0.35A，所述强喷覆盖率为200％。
10.一种齿轮，其特征在于，所述齿轮根据权利要求1～9中任一项所述的渗碳齿轮制造方法制得。
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