CN103993154A - 合金钢齿轮的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种合金钢齿轮的热处理方法，是将合金钢齿轮采用碳氮共渗在可气氛条件下进行热处理，包括碳氮共渗、淬火、回火工艺，其是将合金钢齿轮经清洗烘干后，置于可控气氛装置中按如下方法处理：1)排气加热升温2)强渗处理；3)扩散阶段，4）降温处理，5）均温处理，6）油淬处理，7）回火加热处理，8)最后空冷至室温，得产品。其是根据现有20CrMnTi齿轮表面热处理中的不足，提供一种安全适用、易于操作，可有效控制工件变形、提高其加工精度的碳氮共渗可控气氛热处理工艺方法。
Description
技术领域：
本发明涉及一种齿轮的热处理工艺方法，特别是一种合金钢齿轮的热处理方法。
背景技术：
齿轮是变速箱传运机构中最关键的零部件之一，在传动过程中承受冲击载荷的作用，而且在啮合传动过程中，齿面容易产生疲劳点蚀。随着变速箱对传动平稳性、噪音等要求越来越高，对齿轮的加工工艺，特别是热处理工艺也提出了更高的要求。低碳合金钢20CrMnTi具有良好的切削加工性能，通过表面渗碳处理后可获得高的齿面硬度而心部又有足够的韧性和较高的抗弯曲疲劳强度。20CrMnTi材料的齿轮承载能力高而且使用寿命长。但通过传统的在井式气体渗碳炉进行渗碳热处理，齿轮不可避免地会产生变形。而且渗碳处理虽然可使齿轮表面获得高的碳浓度，在经过淬火和回火处理后，可提高表面硬度、耐磨性和抗疲劳强度，但由于渗碳所需温度较高，奥氏体晶粒粗大，残余奥氏体较多，造成齿轮耐磨性降低，变形较大。
发明内容：
本发明是提供一种合金钢齿轮的热处理方法，其是根据现有20CrMnTi齿轮表面热处理中的不足，提供一种安全适用、易于操作，可有效控制工件变形、提高其加工精度的碳氮共渗可控气氛热处理工艺方法。
本发明的一种合金钢齿轮的热处理方法，是将合金钢齿轮采用碳氮共渗在可气氛条件下进行热处理，包括碳氮共渗、淬火、回火工艺，其是将合金钢齿轮经清洗烘干后，置于可控气氛装置中按如下方法处理：
1)排气加热升温至840-860℃，恒温保持40-50 min，控制此期间装置中的碳势为0.95-1.05％；
2)强渗处理，强渗时间300min，控制此期间装置内碳势在0.95-1.05％；
3)扩散阶段，扩散时间55-65min，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
4）降温处理，降温至810-830℃，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
5）均温处理，均温时间55-65min，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
6）油淬处理，油淬温度为100-120℃，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
7）回火加热处理，回火加热至160-180℃,保温时间150-180min；
8)最后空冷至室温，得产品。
本发明所述的合金钢齿轮的热处理方法，所述可控气氛是由氮气、甲醇、氨气、丙烷配成的氮基气氛。
本发明所述碳氮共渗、淬火、回火工序都是在可控气氛炉中完成。
本发明所述的合金钢齿轮的热处理方法，其所述合金钢齿轮为低碳合金钢齿轮；特别是优选低碳合金钢20CrMnTi齿轮。
本发明所述空冷为空气中自然或风冷冷却。
本发明经过上述各个步骤，完成了对零件的碳氮共渗、淬火可控气氛热处理，由于碳氮共渗温度较低，晶粒长大倾向小，淬火后得到含氮马氏体、残余奥氏体及碳氮化合物，晶粒细小，变形小，并且齿轮零件经热处理后获得的含氮马氏体和少量氮化物耐磨性比渗碳组织更好，同时其心部组织为低碳马氏体及铁素体，可保证工件心部具有较高的强度和冲击韧性。经测试利用本发明方法制备的低碳合金钢齿轮零件的表面硬度可达HRC58-62，渗层深度在0.8-0.9mm。
本发明所述的可控气氛是由氮气、甲醇、氨气、丙烷按比例配成的氮基气氛，氮气主要是起防氧化保护作用。
本发明中将一定比例的氮气、甲醇、氨气、丙烷通入可控气氛炉内，甲醇、丙烷在高温下裂变反应，炉内形成一定碳势的氮基气氛；通过调整气体比例及通入量来控制炉内碳势。
本发明中的碳氮共渗、淬火、回火等所有工序都是在可控气氛炉中完成，具有安全适用、经济节能、工艺易操作、产品质量稳定等优点。
具体实施方式：下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述说明。
本发明可控气氛装置选用可控气氛炉，首先经清洗烘干后的20CrMnTi齿轮零件送进可控气氛炉中，排气升温至850±10℃，保温345min，控制炉内碳势为1%进行强渗处理；再控制炉内碳势为0.8%，温度850±10℃，保温60min进行扩散处理；然后将炉温降至820±10℃，炉内碳势控制在0.8%，保温60min后采用炉内油淬至110±10℃；最后回火加热至170±10℃,保温160min后经空冷至室温。经测试齿轮零件表面硬可达HRC58-62，渗层深度0.8-0.9mm。本发明可控气氛装置选用可控气氛炉其使用的可控气氛的各气体可使用现有技术气体组分组成。
本发明可控气氛装置通过测定可控气氛炉内碳势的高低，通过流量计来调整气体的流量，氮气流量控制在80-100ml/min，甲醇流量控制在30-40ml/min，氨气流量控制在3-5ml/min，丙烷流量控制在30-40ml/min。
Claims (5)
1.一种合金钢齿轮的热处理方法，将合金钢齿轮采用碳氮共渗在可控气氛条件下进行热处理，包括碳氮共渗、淬火、回火工艺，其特征是将合金钢齿轮经清洗烘干后，置于可控气氛装置中按如下方法处理：
1)排气加热升温至840-860℃，恒温保持40-50 min，控制此期间装置中的碳势为0.95-1.05％；
2)强渗处理，强渗时间300min，控制此期间装置内碳势在0.95-1.05％；
3)扩散阶段，扩散时间55-65min，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
4）降温处理，降温至810-830℃，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
5）均温处理，均温时间55-65min，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
6）油淬处理，油淬温度为100-120℃，控制此期间装置内碳势在0.75-0.85%；
7）回火加热处理，回火加热至160-180℃,保温时间150-180min；
8)最后空冷至室温，得产品。
2.依据权利要求1所述的合金钢齿轮的热处理方法，其特征是所述可控气氛是由氮气、甲醇、氨气、丙烷配成的氮基气氛。
3.依据权利要求1所述的合金钢齿轮的热处理方法，其特征是所述碳氮共渗、淬火、回火工序都是在可控气氛炉中完成。
4.依据权利要求1所述的合金钢齿轮的热处理方法，其特征是所述合金钢齿轮为低碳合金钢齿轮。
5.依据权利要求1所述的合金钢齿轮的热处理方法，其特征是所述空冷为空气中自然或风冷冷却。
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