CN117551863A - 一种齿坯锻件及其锻后余热热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿坯锻件及其锻后余热热处理方法：齿坯件锻造完毕后，齿坯件温度为奥氏体化温度以上；将取出的齿坯件，采用风冷方式冷却到等温正火温度以下，使其心部温度大约保持在等温正火温度；将风冷后的齿坯件升温到等温正火温度并保温；保温结束后取出齿坯件，再风冷到室温以获得尽可能多的珠光体组织。本发明将取出的齿坯件采用风冷方式冷却到等温正火温度以下，使其心部温度大约保持在等温正火温度，较传统的锻后热处理相比，直接利用锻后的余热，无需重新加热到奥氏体化温度，节省能源50％以上，提高能效。本发明采用风冷获得铁素体和珠光体组织，可在保证较高强度的情况下，具有一定的塑性，同时极大减少残余应力。
Description
技术领域
本发明涉及及金属材料的热处理领域，尤其涉及一种齿坯锻件及其锻后余热热处理方法。
背景技术
齿轮是汽车中传递运动与动力的重要承载零部件，在服役过程中需承受较大的载荷、冲击及表面剧烈的摩擦，因此需具有优异的综合力学性能及表面耐磨性能。此类零件通常采用闭式热模锻工艺制备后，再进行热处理以获得优异的力学性能。
目前传统的锻后热处理方法是将冷却后的锻件从室温加热至奥氏体化以上温度保温后再冷却，通过改变材料的微观组织结构，来提升其力学性能方法；但此种锻后热处理工艺不仅需要消耗较多的能源、不利于环保，而且锻件锻后冷却及重新加热所需的时间较长，严重影响生产效率、增加了生产成本。
为满足节能减排、绿色环保的要求，在保证锻件组织性能的基础上，需要减少热处理的能源消耗、提高能效及生产效率、降低生产成本。
发明内容
为克服现有锻后热处理工艺能源消耗大、生产效率低的问题；本发明提供一种齿坯锻件及其锻后余热热处理方法。该方法既能提高齿坯件的力学性能，使其满足服役要求；又能减少能源消耗、缩短热处理时间、显著提升生产效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种齿坯锻件锻后余热热处理方法，包括如下步骤：
步骤一，终锻取件：齿坯件锻造完毕后，齿坯件温度为奥氏体化温度以上；
步骤二，冷却：将取出的齿坯件，采用风冷方式冷却到等温正火温度以下，使其心部温度大约保持在等温正火温度；
锻造时的温度为奥氏体温度以上，而锻后热处理首先需要将制件加热到奥氏体化，因此直接利用锻后的奥氏体组织，省去锻后重新加热进行奥氏体化的步骤；将齿坯件冷却到等温正火温度以下，以保证心部的温度冷却到等温正火温度，防止心部的温度过高；
步骤三，升温：将风冷后的齿坯件放置到加热炉中，升温到等温正火温度；
步骤四，等温处理：在等温正火温度下保温，保温时间根据公式计算：时间＝系数×齿坯件最大尺寸(mm)，系数为0.8h/100mm；
步骤五，正火：保温结束后取出齿坯件，再风冷到室温，以获得尽可能多的珠光体组织。
步骤一中，所述齿坯件锻造完毕后，齿坯件温度为奥氏体化温度以上，是指锻造结束时的温度为终锻温度，终锻温度在奥氏体化温度以上，根据相图确定。
步骤三中，等温正火温度是根据等温转变曲线(TTT曲线)确定，选取等温温度为TTT曲线的鼻温，将风冷后的齿坯件重新加热到等温正火温度，使齿坯件内外表面温度一致。
步骤五中，风冷到室温的冷却速度为2.7℃/s。采用风冷，而非水冷，是因为水冷获得的马氏体组织虽有很高的强度和硬度，但会引入过大的残余应力，导致开裂现象；采用风冷获得铁素体和珠光体组织，可在保证较高强度的情况下，具有一定的塑性，同时极大减少残余应力。
本发明齿坯锻件锻后余热热处理方法获得的齿坯锻件，余热热处理后的锻件微观组织为珠光体+铁素体，珠光体含量为67％-70.2％，齿坯锻件的硬度为163.7HBW-167.2HBW。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明将取出的齿坯件采用风冷方式冷却到等温正火温度以下，使其心部温度大约保持在等温正火温度，较传统的锻后热处理相比，直接利用锻后的余热，无需重新加热到奥氏体化温度，节省能源50％以上，提高能效。
本发明极大地缩短了热处理的周期，节省了保温使其完全奥氏体化的步骤，提高了生产效率50％以上；
本发明采用风冷，是因为水冷获得的马氏体组织虽有很高的强度和硬度，但会引入过大的残余应力，导致开裂现象；采用风冷获得铁素体和珠光体组织，可在保证较高强度的情况下，具有一定的塑性，同时极大减少残余应力。
本发明热处理过程不采用水或油作为冷却剂，避免了废液排放，节约环保，并极大降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明所拟定的锻后余热热处理规范示意图。
图2是齿坯锻件结构示意图。
图3是余热热处理后珠光体组织分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
本实施例齿坯锻件材料以SCr420H钢为例。
锻后余热热处理如下：
(1).齿坯件的外径为D＝130mm，高度H＝26mm，锻件经过多工位锻造成形后取出，根据相图确定终锻温度为920℃，此时齿坯件为全部的奥氏体组织；
(2).将齿坯件取出快速风冷，测量其表面温度大约冷却至550℃，此时的心部温度约为600℃；
(3).将冷却后的齿坯件快速加热至600℃，使锻件内外温度一致，温度由等温转变曲线(TTT曲线)确定，为获得尽可能多的珠光体组织，以保证齿坯件的硬度和耐磨性能，等温温度为TTT曲线的鼻温；
(4).等温正火处理，在600℃下保温1h，保温时间由公式计算：t＝0.8h/100mm×130mm≈1h；
(5).保温结束后，取出齿坯件进行风冷快速冷却，冷却速度约为2.7℃/s。冷却结束后进行组织性能测试，微观组织观测结果表面，采用余热热处理后的锻件微观组织为珠光体+铁素体，珠光体含量为67％-70.2％，性能测试表明锻件的硬度为163.7HBW-167.2HBW。满足齿坯件硬度为160～190HBW的要求。
本发明热处理工艺与相同规格的齿坯件的传统热处理相比，节能60％，热处理时间由225min缩短至65min，生产效率提高70％。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种齿坯锻件锻后余热热处理方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，终锻取件：齿坯件锻造完毕后，齿坯件温度为奥氏体化温度以上；
步骤二，冷却：将取出的齿坯件，采用风冷方式冷却到等温正火温度以下，使其心部温度保持在等温正火温度；
步骤三，升温：将风冷后的齿坯件放置到加热炉中，升温到等温正火温度；
步骤四，等温处理：在等温正火温度下保温，保温时间根据公式计算：时间＝系数×齿坯件最大尺寸，系数为0.8h/100mm；
步骤五，正火：保温结束后取出齿坯件，再风冷到室温。
2.根据权利要求1所述齿坯锻件锻后余热热处理方法，其特征在于步骤一中，所述齿坯件锻造完毕后，齿坯件温度为奥氏体化温度以上，是指锻造结束时的温度为终锻温度，终锻温度在奥氏体化温度以上，根据相图确定。
3.根据权利要求2所述齿坯锻件锻后余热热处理方法，其特征在于步骤三中，等温正火温度是根据等温转变曲线确定，选取等温温度为TTT曲线的鼻温，将风冷后的齿坯件重新加热到等温正火温度，使齿坯件内外表面温度一致。
4.根据权利要求1所述齿坯锻件锻后余热热处理方法，其特征在于步骤五中，风冷到室温的冷却速度为2.7℃/s。
5.由权利要求1-4中任一项所述齿坯锻件锻后余热热处理方法获得的一种齿坯锻件，该齿坯锻件余热热处理后的锻件微观组织为珠光体+铁素体，珠光体含量为67％-70.2％，齿坯锻件硬度为163.7HBW-167.2HBW。
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