一种齿轮渗碳工艺及其应用制造技术

本发明专利技术涉及热处理技术领域，公开了一种齿轮渗碳工艺及其应用。齿轮渗碳工艺包括预渗碳、再渗碳以及冷却保温。其中预渗碳和再渗碳均包括了由高到低的不同碳势下渗碳，并循环一次以上。这种渗碳法具有渗速快，缩短齿轮材料在高温下的停留时间，组织得以细化；并同时兼具表面碳浓度适当、渗层梯度平缓、节省渗剂、节约能源的优点。冷却保温中，齿轮在珠光体转变区的短时保温可以使齿轮有效硬化层区域合金碳化物弥散析出，抑制了组织粗化，得到组织性能较佳的齿轮；也可以减少后续的淬火次数，简化工艺。由于此工艺提高重载齿轮热处理效率，并提高了产品组织性能，为进一步降低此类齿轮的制造成本创造了条件。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮渗碳工艺及其应用
本专利技术涉及热处理
，具体而言，涉及一种齿轮渗碳工艺及其应用。
技术介绍
深层渗碳可以得到较高的心部硬度、较小的过渡区残余拉应力，而成为国内外重载齿轮最有效的表面强化方法。一般渗碳工艺在930℃左右进行，是齿轮生产过程中能耗高、效率低、污染大的工艺。提高渗碳温度能够显著降低渗碳时间，提高生产效率。重载齿轮经高温渗碳后一般进行多次淬火、或其原材料微合金化等手段控制晶粒长大。齿轮经多次淬火能够降低组织晶粒尺度，提高其综合性能，但是会显著加剧齿轮变形，增加磨齿余量，使齿轮丧失了留有有益表面残余压应力、具有最佳金相组织和硬度的耐磨、抗点蚀表层，还大大削弱了过渡区的强度，增加了渗碳层剥落的倾向；微合金化是抑制齿轮钢的原奥氏体晶粒长大的有效手段，但目前对该类钢未形成统一的标准，应用并不成熟，并且小批量炼钢质量难以稳定控制，齿轮制造原材料成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的包括提供一种齿轮渗碳工艺及其应用，以改善现有技术中齿轮需要多次淬火，工艺较为繁琐的问题，并细化组织晶粒，提高组织性能。本专利技术的实施例是这样实现的：一种齿轮渗碳工艺，包括：预渗碳：包括至少一次在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳；再渗碳：包括至少一次在第二温度下对经过预渗碳的齿轮进行碳势由高至低的渗碳；冷却保温：将经过再渗碳的齿轮冷却至珠光体转变区进行保温；其中，第二温度高于第一温度。在本专利技术的一种实施例中，预渗碳步骤中，在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳包括：在第一温度下，将齿轮在第一强渗碳势下保温第一时间；保持温度不变，将齿轮在第一扩散碳势下保温第二时间；其中，第一强渗碳势高于第一扩散碳势。在本专利技术的一种实施例中，第一时间和第二时间满足公式：其中，T1为第一时间，T2为第二时间，Cc1为第一强渗碳势值，Cd1是第一扩散碳势值，C0为齿轮中的初始碳势值。在本专利技术的一种实施例中，第一强渗碳势根据齿轮用钢在第一温度下的最大溶碳能力确定。在本专利技术的一种实施例中，再渗碳步骤中，在第二温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳包括：在第二温度下，将齿轮在第二强渗碳势下保温第三时间；保持温度不变，将齿轮在第二扩散碳势下保温第四时间；其中，第二强渗碳势高于第二扩散碳势。在本专利技术的一种实施例中，第三时间和第四时间满足公式：其中，T3为第三时间，T4为第四时间，Cc2为第二强渗碳势值，Cd2是第二扩散碳势值，C0为齿轮中的初始碳势值。在本专利技术的一种实施例中，在预渗碳步骤之前，齿轮渗碳工艺还包括：预热：包括将齿轮在第三温度下保温第五时间；其中，第三温度为齿轮用钢的Ac1温度以下20℃-30℃。在本专利技术的一种实施例中，齿轮渗碳工艺还包括：淬火处理：包括将经过冷却保温步骤的齿轮加热至Ac3温度以上40℃-60℃，保温第六时间后再淬火冷却。回火处理：包括将经过淬火处理后的齿轮加热到150℃-250℃，保温第七时间后出炉冷却。在本专利技术的一种实施例中，预渗碳步骤包括两次在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳；再渗碳步骤包括两次在第二温度下对经过预渗碳的齿轮进行碳势由高至低的渗碳。本专利技术实施例还提供了上述的齿轮渗碳工艺在齿轮生产中的应用。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例的齿轮渗碳工艺包括预渗碳、再渗碳以及冷却保温。其中预渗碳和再渗碳均包括了由高到低的不同碳势下渗碳，并循环一次以上。这种渗碳法具有渗速快，缩短齿轮材料在高温下的停留时间，组织得以细化；并同时兼具表面碳浓度适当、渗层梯度平缓、节省渗剂、节约能源的优点。冷却保温中，齿轮在珠光体转变区的短时保温可以使齿轮有效硬化层区域合金碳化物弥散析出，抑制了组织粗化，得到组织性能较佳的齿轮；也可以减少后续的淬火次数，简化工艺。由于此工艺的各个阶段针对齿轮晶粒长大的主要原因采取了相应措施，因此有效控制了组织粗化现象，从而可以相应增加渗碳温度和碳势，提高重载齿轮热处理效率，为进一步降低此类齿轮的制造成本创造了条件。将本专利技术实施例提供的齿轮渗碳工艺应用于齿轮生产中也具有上述的有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为常规渗碳工艺路线图；图2a为常规渗碳工艺后的表层组织金相图；图2b为常规渗碳工艺后的心部组织金相图；图3为本专利技术实施例工艺路线图；图4为两种冷却方式与C曲线关系示意图；图5a为本专利技术实施例的齿轮渗碳工艺处理后的表层组织金相图；图5b为本专利技术实施例的齿轮渗碳工艺处理后的心部组织金相图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。经过专利技术人试验总结分析，发现齿轮在高温下保温会降低奥氏体组织界面张力，温度愈高、保温时间愈长，奥氏体晶粒之间愈容易发生融合长大；齿轮钢在加热过程中发生奥氏体转变以后，在奥氏体晶界净驱动力的作用下发生晶界迁移，导致晶粒长大，而因混晶存在所导致的界面能差会显著增加晶粒长大的驱动力。在初始晶粒尺度相同的前提下，奥氏体晶粒大小是加热温度和保温时间的函数，在渗碳过程中，降低渗碳温度虽然会减小奥氏体晶粒的长大趋势，但为了达到目标有效硬化层深度，需延长渗碳温度下的保温时间，同样会导致奥氏体晶粒粗大。因此，为了达到控制齿轮高温渗碳过程中晶粒长大的目的，提出了本专利技术的重载齿轮高温渗碳工艺方法，包括以下步骤：一、预热预热包括将齿轮在第三温度下保温第五时间。其中，第三温度为齿轮用钢的Ac1温度以下20℃-30℃。预热处理是因为钢件快速加热时最初加热部分也即外侧首先达到奥氏体转变温度，转变的同时晶粒开始发生长大，而其内部未充分加热部分会滞后于外部发生相变，在齿轮内外均达到相变温度后因相变差的存在会造成组织混晶程度增加，加剧后续保温过程中的晶粒粗化趋势。而本专利技术实施例在预热后以接近相变的温度保温，给予钢材充分的相变准备——即内外基本同时通过相变温度，降低后续保温过程中的晶粒长大速度。二、预渗碳渗碳过程中碳的扩散和钢的化学成分、温度、气氛以及零件原始组织等一系列影响因素有关，和工件表面和心部碳的浓度差、渗碳过程中碳扩散方式关系更加密切。在渗碳的初始阶段表面渗层浓度梯度很高，有利于扩散进行，但当表层碳达到饱和时，浓度梯度随时间增加逐步减小。按照扩散定律，渗层X和时间t为抛物线关系，如果碳势设定过高超过奥氏体最大溶解度(Cm线)，将形成碳化物。碳原子在γ-Fe中属间隙固溶体的溶质原子扩散。碳原子从一个间隙跳到另一个间隙，以保证渗碳涌道的通畅，使碳的分解、吸收、扩散三个过程有条不紊地进行，应防止活性碳原子不足或过剩碳原子拥堵在通道口。本专利技术实施例的预渗碳包括至少一次在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳。在本专利技术实施例中，首先将经过预热的齿轮升温至渗碳工艺温度(即第一温度)渗碳，预渗碳过程分为高低碳势两段，并按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮渗碳工艺，其特征在于，包括：预渗碳：包括至少一次在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳；再渗碳：包括至少一次在第二温度下对经过所述预渗碳的齿轮进行碳势由高至低的渗碳；冷却保温：将经过所述再渗碳的齿轮冷却至珠光体转变区进行保温；其中，所述第二温度高于所述第一温度。

【技术特征摘要】
1.一种齿轮渗碳工艺，其特征在于，包括：预渗碳：包括至少一次在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳；再渗碳：包括至少一次在第二温度下对经过所述预渗碳的齿轮进行碳势由高至低的渗碳；冷却保温：将经过所述再渗碳的齿轮冷却至珠光体转变区进行保温；其中，所述第二温度高于所述第一温度。2.根据权利要求1所述的齿轮渗碳工艺，其特征在于，所述预渗碳步骤中，在第一温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳包括：在所述第一温度下，将所述齿轮在第一强渗碳势下保温第一时间；保持温度不变，将所述齿轮在第一扩散碳势下保温第二时间；其中，所述第一强渗碳势高于所述第一扩散碳势。3.根据权利要求2所述的齿轮渗碳工艺，其特征在于，所述第一时间和所述第二时间满足公式：其中，T1为所述第一时间，T2为所述第二时间，Cc1为第一强渗碳势值，Cd1是第一扩散碳势值，C0为所述齿轮中的初始碳势值。4.根据权利要求2所述的齿轮渗碳工艺，其特征在于，所述第一强渗碳势根据所述齿轮用钢在所述第一温度下的最大溶碳能力确定。5.根据权利要求1所述的齿轮渗碳工艺，其特征在于，所述再渗碳步骤中，在第二温度下对齿轮进行碳势由高至低的渗碳包括：在所述第二温度下，将所述齿轮在第二强渗碳势下保温第三时间；保持温度不变，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32