CN1600892A - 重型汽车齿轮气体渗碳方法 - Google Patents

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本发明涉及重型汽车齿轮气体渗碳技术，属于金属材料化学热处理技术领域。本发明公开了一种重型汽车齿轮气体渗碳方法，其特别之处在于：气体渗碳采用碳势脉冲式气体渗碳。本发明克服了传统气体渗碳工艺在高碳势下完成渗碳，在低碳势下完成扩散的弱点。工件淬火后可获得良好的渗层碳浓度梯度分布、硬度梯度分布和渗碳层组织，渗碳件在硬度梯度平缓时，在复杂应力条件下，可获得更高的使用寿命。

Description

重型汽车齿轮气体渗碳方法
(一)技术领域
本发明涉及重型汽车齿轮气体渗碳技术，属于金属材料化学热处理技术领域。
(二)背景技术
重型汽车齿轮通过气体渗碳；能够改变内部组织，提高零件的耐磨性、强度及疲劳极限，充分发挥材料的潜在性能，提高零件的内在质量和使用寿命。影响气体渗碳的工艺参数有渗碳温度、渗碳碳势渗碳时间。传统的气体渗碳技术，其渗碳过程一般分为渗碳和扩散两个阶段，两个阶段的碳势不同。该技术的不足是零件在渗碳期，始终处于高碳势状态，表面极易堆积大量的活性碳原子，影响渗碳速度和渗层碳浓度梯度分布，虽经扩散阶段的扩散，但工件淬火后难以获得良好的渗层组织、渗层碳浓度梯度和硬度梯度。
(二)发明内容
本发明针对重型汽车齿轮现有气体渗碳技术的不足，提供了一种高效节能、可控性强、稳定可靠、提高产品质量的气体渗碳技术。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明公开了一种重型汽车齿轮气体渗碳方法，其特别之处在于：气体渗碳采用脉冲式气体渗碳。
本发明的气体渗碳方法，渗碳碳势为1.0-1.2％，扩散碳势为0.8-1.0％。
本发明的气体渗碳方法，渗碳剂为甲醇和丙烷，渗碳温度920±5℃，淬火温度为830±5℃。
本发明包括以下步骤：
a.根据工件技术要求按本发明的工艺曲线模式编制脉冲式气体渗碳程序；
b、通过PVH碳控仪系统输入脉冲式气体渗碳程序并编号；
c、工件装炉；
d.选定脉冲式气体渗碳程序号并执行，进行零件脉冲式气体渗碳；脉冲式气体渗碳程序中碳势的脉冲波段根据工件技术要求的渗层深度确定。
e、脉冲式气体渗碳程序执行完毕，发出结束信号，零件出炉。
f将工件在淬火油中淬火，完成工件脉冲式气体渗碳。
本发明通过研究和分析零件渗碳时碳原子在渗层内的传递和扩散方式，开发了一种脉冲式气体渗碳新技术。该技术的关键是将零件渗碳过程的碳势设置为波段脉冲式，根据工件技术要求及渗碳各个时期的不同情况，确定每段的碳势和时间。这种气体渗碳方式，充分考虑了活性碳原子在渗层内的传递和扩散速度，避免工件在渗碳时表面积碳和形成碳黑，提高渗碳速度，工件经淬火后能够获得良好的金相组织、渗层碳浓度梯度和硬度梯度，提高了渗碳工件的内在质量，提高了工件的性能和使用寿命。该发明适用于具有碳势控制功能的箱式炉、井式炉等相关气体渗碳设备，适合于重型汽车齿轮类渗碳。
本发明在工件渗碳时采用碳势脉冲这种方法，关键在于通过将工件渗碳过程的碳势设置为脉冲式。工件渗碳的初期，在渗碳层形成之前，工件表面对活性碳原子具有很强的吸附能力，此时渗碳速度主要取决于表面反应。碳原子由渗碳介质进入工件是较容易的，且渗速较快。随着渗碳时间的延长，影响渗碳速度的因素发生变化，即渗层深度的增加主要受碳在钢中的扩散速度所控制。此时在工件表层逐渐形成渗碳层，渗碳层变成了阻碍碳原子由渗碳介质继续向工件内扩散的障碍。这是因为碳原子在碳化物中的扩散系数要远小于在奥氏体中的扩散系数。因此要提高渗碳速度，应设法提高碳原子在工件表面的吸附能力和在工件内部的扩散速度，在碳化物中形成有利于碳原子进一步扩散的通道。传统的气体渗碳工艺，渗碳过程较长，气氛中活性碳原于浓度较高，吸附在工件表面，并随着渗碳时间的延长，越靠近工件表面碳浓度越高，出现积碳现象，不仅影响了渗碳速度，还导致渗层深度内碳浓度分布不均匀，只能延长渗碳扩散时间或提高渗碳温度，其结果是工件淬火后常出现碳化物和马氏体级别超差，获得的碳浓度梯度不理想，影响工件的使用性能；介质碳势越高，渗层碳浓度梯度越陡。采用脉冲式气体渗碳工艺，则克服了传统气体渗碳工艺的不足，有利于形成平缓的碳浓度梯度分布。
本发明的前几个脉冲，炉内气氛碳势较高，渗速较快，高碳势下渗碳时间较长，然后低碳势下扩散；以后的脉冲，高碳势下渗碳时间及低碳势下扩散时间相对短些。这样整个渗碳过程在高、低碳势下进行，边渗碳边扩散，克服了传统气体渗碳工艺在高碳势下完成渗碳，在低碳势下完成扩散的弱点。
本发明的有益效果是，工件淬火后可获得良好的渗层碳浓度梯度分布、硬度梯度分布和良好的渗碳层组织，渗碳件在硬度梯度平缓时，在复杂应力条件下，可获得更高的使用寿命。
(四)附图表说明
图1为本发明实施例中重型汽车齿轮的结构示意图。
图2为本发明实施例中温度-时间和碳势-时间的工艺曲线示意图。
图中：温度：a为升温排气阶段；b为渗碳扩散阶段；c为降温阶段；d为保温阶段；e为淬火阶段。
碳势：Cp0为开始时碳势；Cp1为渗碳碳势；Cp2为扩散碳势。
(五)具体实施方式
实施例：图1给出了重型汽车齿轮的结构示意图。该齿轮为重型汽车主动伞齿轮，单件重量为18Kg，模数为10，齿数为21，材料为22CrMoH，技术要求：有效渗碳层深为1.1-1.4，淬火后表面硬度为HRC59-63，心部硬度为HRC33-48，金相组织符合ZBJ04001-88汽车齿轮金相渗碳标准。使用设备为一台可控气氛密封箱式多用炉，装炉量为40件。时间、碳势、温度等参数可在PVH系统的程序内设定并执行，工艺程序可在屏幕上显示并有故障自诊断功能。时间由时间继电控制；碳势由碳控仪控制，信号由反应灵敏的氧探头传递；功率由KT系列调功器控制，并通过调功器控温，温度信号由热电偶传递；渗碳剂为甲醇和丙烷，其中甲醇为稀释剂，渗碳时滴量为3000ml/h；丙烷为富化气，渗碳时维持在4-6L/min；渗碳温度920±5℃，淬火温度为830±5℃。
试块采用与产品材料、模数、加工方式相同、具有3个齿的齿块。按附图2所示工艺曲线编制附表1所示的脉冲气体渗碳程序，第一脉冲设置渗碳碳势为1.1％，时间为45分钟；扩散碳势为0.9％，时间为30分钟。第二脉冲同样设置渗碳碳势为1.1％，时间为45分钟；扩散碳势为0.9％，时间为30分钟.第三脉冲设置渗碳碳势为1.1％，时间为30分钟，扩散碳势为0.9％，时间为30分钟.第四、五、六个脉冲都设置渗碳碳势为1.1％，时间为30分钟，扩散碳势为0.9％，时间为30分钟。本例工件工有6个脉冲。按炉量装炉；选定脉冲式气体渗碳程序号并执行，进行零件脉冲式气体渗碳；脉冲式气体渗碳程序执行完毕，发出结束信号，零件出炉；将工件在淬火油中淬火，完成工件脉冲式气体渗碳。获得相同的有效硬化层深度，传统工艺渗碳和扩散总时间为420min；本发明工艺渗碳和扩散总时间为360min。
                      表1
程序段  温度  碳势  时间  电磁阀 说明
 CH1  CH2  T  TS 参数
1  920  1.1  0  2 升温
2  920  1.1  0.1  2 等待信号
3  920  1.1  10  2 均温
4  920  1.1  45  2 渗碳
5  920  0.9  0  2 降碳势
6  920  0.9  30  2 扩散
7  920  1.1  0  2 升碳势
8  920  1.1  45  2 渗碳
9  920  0.9  0  2 降碳势
10  920  0.9  30  2 扩散
11  920  1.1  0  2 升碳势
12  920  1.1  30  2 渗碳
13  920  0.9  0  2 降碳势
14  920  0.9  30  2 扩散
15  920  1.1  0  2 升碳势
16  920  1.1  30  2 渗碳
17  920  0.9  0  2 降碳势
18  920  0.9  30  2 扩散
19  920  1.1  0  2 升碳势
20  920  1.1  30  2 渗碳
21  920  0.9  0  2 降碳势
22  920  0.9  30  2 扩散
23  920  1.1  0  2 升碳势
24  920  1.1  30  2 渗碳
25  830  0.9  0  2 降碳势
26  830  0.9  0  2 降温
27  830  0.9  0.1  2 等待信号
28  830  0.9  60  2 保温
29  830  0.9  0  7 结束信号

Claims (3)

1、一种重型汽车齿轮气体渗碳方法，其特征在于：气体渗碳采用碳势脉冲式气体渗碳。
2、根据权利要求1或2所述的重型汽车齿轮气体渗碳方法，其特征在于：渗碳碳势为1.0-1.2％，扩散碳势为0.8-1.0％。
3、根据权利要求1所述的重型汽车齿轮气体渗碳方法，其特征在于：渗碳剂为甲醇和丙烷，渗碳温度920±5℃，淬火温度为830±5℃。
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