CN102010973A - 大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁工件的渗碳淬火及变形控制的工艺技术领域，尤其是一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法。通过采用简单设备设施和简易操作条件下对钢铁工件渗碳淬火进行有效的变形控制，达到期望效果并提高产品质量；该工艺包括以下步骤：钢铁工件正火→钢铁工件A向摆放渗碳→钢铁工件B向摆放正火→钢铁工件B向摆放静油淬火→回火。本发明的意义在于突破了必须采用复杂设备与复杂工艺操作才能控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形，同时为控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形开辟了一条简单实用的途径。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁工件的渗碳淬火及变形控制的工艺技术领域，尤其是一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法。
背景技术
大功率齿轮的高速与重载、特别是大直径辐板结构渗碳淬火生产的批量化对制造精度提出更高的要求。一般为控制变形，常采用淬火压床、热油淬火或等温淬火等方法。然而，配置淬火压床需有一定的设备成本和设备制作周期，且由于结构的限制和通用性有限，难以适用于多种尺寸规格和不同结构的产品；热油淬火或等温淬火也有一定的设备要求及相应的工艺操作方法。长期生产实践表明，在未使淬火压床、热油淬火或等温淬火等方法或未改进操作方法的情况下，采用简单的渗碳设备进行渗碳淬火，会导致工件的渗碳淬火变形量(特别如公法线变形量)较大，致使产生很高的废品率。
发明内容
为了克服现有工件的渗碳淬火变形量较大、导致废品率高的不足，本发明提供了一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，通过采用简单设备设施和简易操作条件下对钢铁工件渗碳淬火进行有效的变形控制，达到期望效果并提高产品质量；所述简单设备设施是指普通的井式渗碳炉和淬火槽；所述简易操作条件是指常规操作方式，不需施加特殊技术；该工艺包括以下步骤：
钢铁工件正火→钢铁工件A向摆放渗碳→钢铁工件B向摆放正火→钢铁工件B向摆放静油淬火→回火。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述淬火的温度为780℃～880℃。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述钢铁工件的材质包括含有一种或多种合金元素的各种渗碳钢。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述钢铁工件具有大直径复杂结构的齿轮结构特征。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括以所述钢铁工件同侧的钢印为标志，有钢印面为A面，无钢印面为B面，渗碳时，工件A向摆放，其后的正火及淬火工序均为B向摆放。
本发明的有益效果是，本发明的意义在于突破了必须采用复杂设备与复杂工艺操作才能控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形，同时为控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形开辟了一条简单实用的途径。与现有技术相比，本发明的优点是：
1、操作简单：在简单设备设施和简易操作条件下(不需要淬火压床、等温淬火等方法)，通过控制不同工序的工件摆放方向，即可达到较理想的控制变形效果，有效提高产品的制做精度；
2、效率高：在正常操作工序过程中同时完成，无需额外的装夹或设备操作；
3、设备条件简单：只需要最基本的设备构成(普通的渗碳炉、淬火槽)，无需采用淬火压床、热油淬火或等温淬火等方法，设备成本低廉；
4、变形控制精度较高并且稳定，产品适用范围广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是具有复杂结构的重载齿平面齿轮示意图；
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1是本发明的结构示意图，一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，通过采用简单设备设施和简易操作条件下对钢铁工件渗碳淬火进行有效的变形控制，达到期望效果并提高产品质量；所述简单设备设施是指普通的井式渗碳炉和淬火槽；所述简易操作条件是指常规操作方式，不需施加特殊技术。该工艺包括以下步骤：
钢铁工件正火→钢铁工件A向摆放渗碳→钢铁工件B向摆放正火→钢铁工件B向摆放静油淬火→回火。
所述钢铁工件的材质包括含有一种或多种合金元素的各种渗碳钢。
所述钢铁工件具有大直径复杂结构的齿轮结构特征。
以所述钢铁工件同侧的钢印为标志，有钢印面为A面，无钢印面为B面，渗碳时，工件A向摆放，其后的正火及淬火工序均为B向摆放。
正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温1～2个小时后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。
退火，将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。
退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度(退火温度)，大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的，如碳素钢以铁碳平衡图为基础。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。
回火，又称配火，金属热处理工艺的一种。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，所述适当温度为150℃～250℃，保温1～2个小时后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。根据不同的要求可采用低温回火、中温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。
工件渗碳淬火工艺为：正火→渗碳→回火→淬火+低温回火。使用专用吊具，工件平放，各加热过程均在井式渗碳炉中进行。由于工件各热处理工序中温度与材质的熔点之比均大于0.5，因此蠕变引起的工件变形不可忽视。这种变形的特征为：工件的周边在加热过程中相对于中心部位下垂。
蠕变使工件在直径方向上产生缩短，齿面形成锥度，造成局部公法线变小，数次加热后若发生同向蠕变，这种变形程度就更大；若工件蠕变后淬火，则蠕变量与变形量叠加。而在圆盘状工件淬火时，由于不同的主导应力使平面产生了凸或凹的变形趋向，故而对淬火变形具有一定的“导向”作用，使某些方向的凸(凹)变形更加剧烈。
由于工件在渗碳→正火→淬火的加热过程中均服从上述蠕变规律，且三者温度和时间均呈递减趋势。根据上述分析可知，工件在炉中摆放方式与变形有较大关系，因此为保证工件的摆放位置，采用了如下方法：以工件同侧的钢印为标志，有钢印面为A面，无钢印面为B面。渗碳时，工件A向摆放，其后的正火及淬火工序均为B向摆放。该方法经长期实践证实取得了理想的控制渗碳淬火变形效果。
以下结合实例说明：
实施例：
以20CrMnTi制作的钢制零件
零件名称：齿轮a、b
材质：20CrMnTi
技术要求：渗碳层深≥1.5mm
齿面硬度HRC55-60
淬深处硬度：550HV1
齿轮主要尺寸(表1)
表1齿轮主要尺寸
| 工件 | 模数(m) | 分度圆直径d(mm) | 齿顶圆直径da(mm) | 幅板厚度c(m) | 齿宽b(mm) | dh(mm) |
| 齿轮a | 6 | φ370 | φ384 | 20 | 66 | φ90 |
| 齿轮b | 6 | φ354 | φ366 | 20 | 60 | φ90 |
采用了如下工艺措施：齿轮锻造毛坯正火(940-950℃×2.5h)→工件A向摆放渗碳(920℃×8-9h)→B向摆放正火(880℃×1.5h-2h)→静油淬火(820℃×1.5h)→回火(180℃×2h)。实践证明，在简单设备设施和简易操作条件下，该工艺可以有效地控制工件的变形。以齿轮a为例，一般公法线变形量≤0.01mm，几乎达到了采用淬火压床的效果。从多种齿轮推广的统计结果来看，由于尺寸变形而造成的废品率由原来的10％下降到目前的1％以下，有效提高了产品的制作精度。
本发明的意义在于突破了必须采用复杂设备与复杂工艺操作才能控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形，同时为控制大直径复杂结构重载齿平面齿轮的渗碳淬火变形开辟了一条简单实用的途径。与现有技术相比，本发明的优点是：
1、操作简单：在简单设备设施和简易操作条件下(不需要淬火压床、等温淬火等方法)，通过控制不同工序的工件摆放方向，即可达到较理想的控制变形效果，有效提高产品的制做精度；
2、效率高：在正常操作工序过程中同时完成，无需额外的装夹或设备操作；
3、设备条件简单：只需要最基本的设备构成(普通的渗碳炉、淬火槽)，无需采用淬火压床、热油淬火或等温淬火等方法，设备成本低廉；
4、变形控制精度较高并且稳定，产品适用范围广。
Claims (5)
1.一种大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，其特征是，通过采用简单设备设施和简易操作条件下对钢铁工件渗碳淬火进行有效的变形控制，达到期望效果并提高产品质量；所述简单设备设施是指普通的井式渗碳炉和淬火槽；所述简易操作条件是指常规操作方式，不需施加特殊技术；该工艺包括以下步骤：
钢铁工件正火→钢铁工件A向摆放渗碳→钢铁工件B向摆放正火→钢铁工件B向摆放静油淬火→回火。
2.根据权利要求1所述的大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，其特征是，所述淬火的温度为780℃～880℃。
3.根据权利要求1所述的大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，其特征是，所述钢铁工件的材质包括含有一种或多种合金元素的各种渗碳钢。
4.根据权利要求1所述的大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，其特征是，所述钢铁工件具有大直径复杂结构的齿轮结构特征。
5.根据权利要求1所述的大直径重载齿轮渗碳淬火变形控制的简易方法，其特征是，以所述钢铁工件同侧的钢印为标志，有钢印面为A面，无钢印面为B面，渗碳时，工件A向摆放，其后的正火及淬火工序均为B向摆放。
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