一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，所述齿轮的直径与厚度比为9.8‑10.2。上述齿轮用于透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮。本发明专利技术的齿轮使整个渗碳淬火工序的畸变量减小39％以上，齿轮的质量大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，磨削量减小，成本大幅下降。

An anti distortion thin wall carburizing and quenching high speed gear and its application

The invention discloses an anti carburizing quenching distortion of thin-walled high speed gear, and the gear diameter thickness ratio of 9.8 10.2. The gears are used for thin wall carburizing and quenching high speed gears of turbine compressor. The gear of the invention makes the distortion variable of the whole carburizing quenching process decrease by more than 39%, the quality of the gear is greatly improved, the contact fatigue strength and the bending fatigue are greatly increased, the grinding quantity is reduced, and the cost is greatly decreased.

【技术实现步骤摘要】
一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮及应用
本专利技术涉及齿轮热处理
，特别涉及一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮及应用。
技术介绍
目前，薄壁渗碳淬火高速齿轮的结构设计，不考虑渗碳淬火工艺过程的变形问题，或者说是在没有进行抗畸变试验研究的条件下的设计，只按正常的齿轮设计方法设计，而对于薄壁渗碳淬火高速齿轮，渗碳淬火的变形量特别大，经常因为渗碳淬火后变形量大，不够加工尺寸进行返修，返修挽救不过来的，最后报废的情况也时常发生，是生产制造的一大难点，不仅影响生产制造周期，制造成本也大幅提高。渗碳淬火变形是世界难题，发达国家公布的数据，在渗碳淬火变形问题上浪费的资金也相当惊人。以前对渗碳淬火畸变问题的研究，多集中在渗碳淬火的工艺过程，齿轮结构上的研究较少，特别对于国内，对透平压缩机大尺寸薄壁渗碳淬火高速齿轮结构因素对渗碳淬火畸变的影响研究的更少，几乎是空白。结构因素是渗碳淬火变形的最主要的因素，而且影响也最大，研究起来效果也最明显。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是薄壁渗碳淬火高速齿轮渗碳淬火的变形量大，提供一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮及应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，所述高速齿轮的直径与厚度比为9.8-10.2。进一步地，所述高速齿轮的直径与厚度比为10。进一步地，所述高速齿轮的预备热处理工艺为：950℃正火，保温时间为“有效厚度/45mm”小时，空冷；860℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；650℃回火，保温时间为“1.5倍淬火保温时间”，空冷。进一步地，所述高速齿轮的渗碳淬火工艺为：930℃渗碳，总保温时间为“渗层深度/0.1mm”小时；850℃球化空淬，保温时间为“有效厚度/40mm”小时；650℃高温回火，保温时间为淬火的1.5倍；780℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；180℃回火，保温时间是淬火的2倍。进一步地，所述高速齿轮的材料是12Cr2Ni4渗碳钢。上述齿轮用于透平压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮。本专利技术提供的抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，使整个渗碳淬火工序的变形量都大幅缩小，畸变量减小39％以上。控制了透平压缩机用薄壁渗碳淬火高速齿轮的畸变问题；控制了因渗碳淬火工艺变形量大，造成磨齿时不够磨削尺寸超差造成的返修，甚至报废的问题；控制了由于磨齿时磨削量大，造成了渗层的严重不均匀，硬度不均匀切下降，承载能力下降的问题。齿轮的质量大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，磨削量减小，成本大幅下降。附图说明图1为本专利技术实施例1提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图2为本专利技术对比实施例1提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图3为本专利技术实施例2提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图4为本专利技术对比实施例2提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图5为本专利技术实施例3提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图6为本专利技术对比实施例3提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图7为本专利技术实施例4提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。图8为本专利技术对比实施例4提供薄壁渗碳淬火高速齿轮结构示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，目前透平压缩机用薄壁渗碳淬火高速齿轮的直径、厚度关系没有特定的比例关系比例数大的达到11.5，小的只有7.5，这种直径与厚度之间的无特定比例关系，在渗碳淬火的工艺过程中产生的畸变量差异变化大，对渗碳淬火工艺过程的畸变控制造成了很大的难度。本专利技术从控制齿轮畸变的角度出发，对薄壁渗碳淬火高速齿轮的直径与厚度的比例关系进行了研究。经大量实验证实，透平压缩机用薄壁渗碳淬火高速齿轮的直径与厚度的比例关系：(1)抗椭圆度变形的要求：直径与厚度的比值要≤11。(2)抗畸变的要求：直径与厚度的比值控制在10附近，9.8-10.2比较合适，优选比值为10。本专利技术的透平压缩机用薄壁渗碳淬火高速齿轮抗畸变的结构，在进行渗碳淬火的工艺过程中，薄壁渗碳淬火高速齿轮的变形量大幅缩小，缩小39％以上，畸变量的大幅减小，不仅可以控制因变形量大磨齿时不够磨削，尺寸超差造成的返修甚至报废的问题；也能控制由于磨齿时磨削量大，造成了渗层的严重不均匀，硬度下降，承载能力下降的问题；更重要的是齿轮的质量大幅提高，接触疲劳强度、弯曲疲劳大幅提高；另外磨削量减小，成本也会大幅下降。本专利技术适用于压缩机薄壁渗碳淬火高速齿轮的抗畸变的结构尺寸设计，也适用于其它的薄壁渗碳淬火高速齿轮抗畸变的结构尺寸设计，还适用于其它的比例关系接近的薄壁齿轮。实施例1一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮模拟盘材料12Cr2Ni4，用其进行薄壁渗碳淬火高速齿轮直径与厚度不同比例关系对畸变量影响的工艺试验，在渗碳淬火工艺过程中的畸变量的测试试验包括以下步骤：(1)预备热处理：950℃正火，保温5小时，空冷；860℃淬火，保温5小时，油冷，650℃回火，保温7.5小时，空冷。(2)直径与厚度的比：230mm/23mm＝10(见图1)。(3)测试畸变工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。(4)测试畸变工艺操作要领：保证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件一致，淬火工艺过程的冷却条件一致。(5)模拟盘尺寸测量：测试试验前、渗碳球化空淬后、淬火回火后测量模拟盘的尺寸，比较渗碳球化空淬、淬火回火以及整个渗碳淬火工序的畸变量。同一个人测量，使用同一个千分尺，且千分尺要经过校核。对比例1与实施例1不同之处在于：步骤(2)直径与厚度的比不同，其直径与厚度的比为230mm/21mm＝10.952(见图2)。数据处理与分析：实施例1的畸变量数据见表1a，对比例1的畸变量数据见表1b，其中，直径A和直径B表示相互垂直的盘直径。经测试，实施例1渗碳淬火后的畸变量明显低于对比例1的渗碳淬火后的畸变量，实施例1的平均畸变量+0.0637，对比例1的平均畸变量+0.105，实施例1的畸变量较对比例1的减小0.0413，即减小了39％，也就是说直径与厚度的比10的抗畸变能力明显优于比值为10.952的，充分说明了直径厚度比对齿轮的畸变量是有很大影响的，有一个最佳的比值范围，在各工序的畸变量方面，总体上渗碳球化空淬工序的变形量小于淬火回火工序的变形量，也证明了工件结构因素对控制变形的重要作用。解决方案：增加齿轮厚度。表1a、实施例1的变形量数据表1b、对比例1的变形量数据实施例2一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮模拟盘材料12Cr2Ni4，用其进行薄壁渗碳淬火高速齿轮直径与厚度不同比例关系对畸变量影响的工艺试验，在渗碳淬火工艺过程中的畸变量的测试试验包括以下步骤：(1)预备热处理：950℃正火，保温5小时，空冷；860℃淬火，保温5小时，油冷，650℃回火，保温7.5小时，空冷。(2)直径与厚度的比：230mm/23mm＝10(见图3)。(3)测试畸变工艺参数：930℃渗碳10小时；球化空淬850℃保温5小时；650℃高温回火7.5小时；780℃淬火保温5小时，油冷；180℃回火保温10小时。(4)测试畸变工艺操作要领：证两个对比模拟盘的高度一致，位置临近，渗碳工艺过程的渗碳气氛条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，其特征在于：所述齿轮的直径与厚度比为9.8‑10.2。

【技术特征摘要】
2017.05.16 CN 20171034688161.一种抗畸变薄壁渗碳淬火高速齿轮，其特征在于：所述齿轮的直径与厚度比为9.8-10.2。2.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述高速齿轮的直径与厚度比为10。3.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于：所述高速齿轮的预备热处理工艺为：950℃正火，保温时间为“有效厚度/45mm”小时，空冷；860℃淬火，保温时间为“有效厚度/40mm”小时，油冷；650℃回火，保温时间为“1....

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠和，舒鑫，王飞宇，赵晓龙，茹海鹏，杜凯，郭杨，
申请(专利权)人：沈阳透平机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21