CN101363073A - 渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺，涉及金属热处理技术领域。该工艺在辊底式保护气氛预抽真空全电加热光亮等温正火生产线上进行，整个加热、保温、快冷、等温、水冷在保护气氛中由PLC控制自动完成。工件正火加热温度为Ac3+(100～150)℃，并保温36～45min，快冷由电扇吹动的高纯氮气在10min内冷却至560～600℃。本发明的工艺操作规范、生产效率高，能确保产品在热处理中无氧化无脱碳，并且金属内部奥氏体晶粒分布均匀，避免带状组织出现，硬度波动小，产品质量优良稳定。

Description

渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺

技术领域

本发明涉及金属热处理方法，特别是用于由渗碳齿轮钢制作的齿轮锻坯的等温正火工艺。

背景技术

根据GB7232及GB/T16923正火定义：正火(包括普通正火，二段正火及等温正火)是将钢件加热至高于Ac3之上30～50℃，保持适当的时间后，在静止或流动空气中冷却(二段正火冷至Ar1随后缓冷，等温正火为快冷至珠光体转变区的某一温度保温，以获得珠光体型组织然后空冷)的工艺。

正火的主要目的是把具有不正常显微组织的钢件正常化，获得比较稳定的、正常的显微组织。由于处理对象和不正常显微组织种类、形态不同，对正火的要求也就不同。对于渗碳齿轮钢来说，是低碳低合金结构，为了利于冷精锻的成形，在前面采用了等温球化退火，这种热处理提高了金属的塑性，但却带来了后续机加工(钻孔、车背锥等)切削性能的恶化，为改善切削加工性能和消除应力、细化组织，为最终的热处理做好组织准备，这就是正火处理的主要目的。

普通正火由于冷速不加控制，相变是在一个温度区间内连续进行，实际生产中常出现下列缺陷：

(1)带状组织超差。

(2)非正常组织：齿坯尺寸较小处为粒状贝氏体，截面尺寸较大处粒状贝氏体和分布不均匀的块状或断续网状铁素体，产生这种组织的原因是由于正火冷速过快，过冷奥氏体在珠光体转变温度范围内末来得及完全转变，而在贝氏体相变范围发生转变所致。

(3)硬度不均，合格率低。

这些缺陷导致正火钢件切削性能恶化，并使齿轮的残余应力增大，从而不仅增加了齿轮生产的成本，而且破坏了齿轮渗碳淬火后的变形规律，并使变形增大。为了解决传统普通正火处理质量不合格的实际情况，需要改普通正火处理为等温正火处理。

目前我国的正火生产线(包括等温正火)进行的正火热处理，不可避免的产生氧化脱碳现象，如果正火后还进行机加工，氧化脱碳在随后的机加工中可以消除，但江苏太平洋精密锻造有限公司采用了最先进的冷精锻成形技术，精锻成形的齿轮齿面不再加工，加之在冷精锻前为了便于冷精锻成形，使用了球化退火技术，这对随后的机加工不利。同时对最终热处理一渗碳淬火的变形也不利，所以有必要进行正火，消除锻造应力，为机加工和最终热处理作好组织准备，这就必然要进行无氧化无脱碳的等温正火热处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生产效率高、确保产品无氧化无脱碳、质量优良稳定的渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺。

本发明的技术方案是：该工艺在辊底式保护气氛预抽真空全电加热光亮等温正火生产线上进行，该生产线依次由进料台架、前真空室、正火加热炉、快冷仓、等温加热炉、水冷仓、后真空室、出料台架组成，整个加热、保温、快冷、等温、水冷过程在保护气氛中完成，工件在正火加热炉内的正火温度为Ac3+(100～150)℃，并保温36～45min，进入快冷仓后，通过高纯氮气并配有密封电机吹风在10min内冷却至560～600℃，再进入等温加热炉，等温温度为580～680℃，等温时间为120～150min。

所述生产线由可编程序控制器PLC控制，自动完成操作；所述前、后真空室预抽真空达133.3Pa后充入氮气至大气压；所述正火加热炉内预抽真空后，通入高纯氮气和甲醇裂解气，炉内压力为(1.002～1.006)×10⁵Pa。

本发明中加热、保温、快冷、等温、水冷过程均在保护气氛中完成，并在上述过程前后设有真空室，因此确保产品热处理中无氧化无脱碳，满足了冷精锻成形齿轮的特殊要求。该工艺将正火温度由Ac3+(30～50)℃改为Ac3+(100～150)℃，使奥氏体晶粒分布均匀，该温度高于后续渗碳处理的加热温度，使最终热处理工件变形减小。工件在正火加热和保温后，实现无氧化快冷，可使金属奥氏体化后以足够快的冷速通过两相区(奥区体+铁素体)，抑制碳及其它合金元素的远程扩散，避免带状组织和非正常组织出现，并且正火后硬度波动小(≤15HBW)，该工艺在可编程序控制器PLC控制下自动完成，生产效率高，操作规范。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

全部工艺操作除人工装料外，在PLC控制下自动进行。

1、装料：将齿轮工件装入料箱，并吊至进料台架辊棒上，料箱随辊棒转动向前运行。

2、料箱进入前真空室，由PLC控制1#真空泵对其抽真空，当达到133.3Pa时，自动停机，充入氮气，当气压达到正常大气压时，自动停止充氮气。

3、料箱进入正火加热炉内，料箱按设定好的速度完成预热、升温、保温过程，其中预热由常温加热到200℃，正火加热是在120～150min内由200℃升温至Ac3+(100～150)℃即920～960℃，并保温36～45min，使奥氏体晶粒分布均匀；同时通入高纯氮气(由液氮储罐供给，确保氮气纯度≥99.995％)并通入适量的甲醇裂解气，确保炉内压力为(1.002～1.006)×10⁵Pa。

4、料箱进入快冷仓，冷却时间控制在5～10min，使齿坯外表温度控制在560～600℃。为了实现无氧化的快冷，在快冷仓配有大流量的氮气通入冷却床，用高纯氮气来对工件进行快速冷却，并配有密封电机风扇来实现风(氮气)循环，达到使奥氏体过冷到A1温度以下，并使之温度均匀。

5、料箱进入等温加热炉，等温温度主要依据齿坯的硬度要求而定，选在580～680℃，等温时间除保证等温相变所需的时间外，还应考虑到齿坯的均温及消除急冷的残余应力，等温时间为120～150min。

6、等温后进入水冷仓，等温后由于组织转变已完成，随后的冷却速度已不影响相变，但为了防止氧化，仍在保护气氛中进行冷却，冷却时间50～75min，冷至200℃以下。

7、料箱进入后真空室，工件出炉，此时工件温度已冷至200℃以下，不再会发生氧化，后真空室关闭后，抽真空，回充氮气，等待下一料箱进入，整线的动作周而复始。

Claims (4)

1、一种渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺，其特征是该工艺在辊底式保护气氛预抽真空全电加热光亮等温正火生产线上进行，该生产线依次由进料台架、前真空室、正火加热炉、快冷仓、等温加热炉、水冷仓、后真空室、出料台架组成，整个加热、保温、快冷、等温、水冷过程在保护气氛中完成，工件在正火加热炉内的正火温度为Ac3+(100～150)℃，并保温36～45min，进入快冷仓后，通过高纯氮气并配有密封电机吹风在10min内冷却至560～600℃，再进入等温加热炉，等温温度为580～680℃，等温时间为120～150min。

2、按权利要求1所述的渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺，其特征在于：所述生产线由可编程序控制器PLC控制，自动完成操作。

3、按权利要求1所述的渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺，其特征在于：所述前、后真空室预抽真空达133.3Pa后充入氮气至大气压。

4、按权利要求1所述的渗碳齿轮钢锻坯等温正火工艺，其特征在于：所述正火加热炉内预抽真空后，通入高纯氮气和甲醇裂解气，炉内压力为(1.002～1.006)×10⁵Pa。