钢部件，特别是摩擦焊接钢部件的热处理制造技术

一种用于非淬火硬化钢制品或摩擦焊接钢制品的热处理工艺，其包括正火和退火步骤，由此显著改善微结构和硬度的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢部件，特别是摩擦焊接钢部件的热处理
本专利技术涉及钢部件的热处理，且特别涉及摩擦焊接钢部件(例如齿轮等)的热处理。
技术介绍
摩擦焊接，也称为惯性焊接，是将两种金属(例如钢)连接在一起的工艺，其可以具有或不具有类似的组成。摩擦焊接使用压力和旋转力将金属锻造在一起，而金属没有熔化，因为接合温度相对较低。工艺本身是本领域技术人员已知的，并且认为是对于理解本专利技术不需要进一步解释的基本工艺。摩擦焊接可以用于一些齿轮的生产和组装，例如其中希望将轮毂或支撑轴承(有时称为第三小齿轮轴承)附接到齿轮(例如小锥齿轮)的前表面的那些齿轮。在另一个实例中，还可以使用摩擦焊接将轴附接到小锥齿轮的背面。当摩擦焊接不产生金属熔化时，形成焊接区。对于齿轮，已经注意到焊接区的硬度大于周围金属的硬度。此外，在焊接之后，金属的微结构和焊接区的微结构中存在可辨别的不均匀性。
技术实现思路
本专利技术包含用于摩擦焊接钢制品的热处理工艺，其包括正火和退火步骤，由此显著改善微结构和硬度的均匀性。附图说明图1示出具有摩擦焊接到其上的轮毂的小齿轮构件。图2是摩擦焊接小齿轮和轮毂的焊接区的显微照片。图3是本专利技术热处理之前的小齿轮微结构的显微照片。图4是本专利技术的正火步骤之后的小齿轮微结构的显微照片。图5是根据本专利技术的正火和退火步骤之后的小齿轮微结构的显微照片。图6是根据本专利技术的正火和退火之后摩擦焊接的小齿轮和轮毂的焊接区的显微照片。具体实施方式本说明书中所使用的术语“专利技术(invention)”、“本专利技术(theinvention)”和“本专利技术(thepresentinvention)”旨在广泛地指本说明书和以下任何专利权利要求书的所有主题。含有这些术语的陈述不应被理解为限制本文中所描述的主题或限制以下任何专利权利要求书的涵义或范围。此外，本说明书并不设法描述或限制本申请的任何特定部分、段落、陈述或附图中的任何权利要求书所涵盖的主题。应通过参考整个说明书、所有附图和所附任何权利要求来理解主题。本专利技术能够具有其它构造，并且能够以各种方式来实践或实行。此外，应理解，本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应被视为限制性的。现在将参考附图来论述本专利技术的细节，附图仅以实例的方式示出本专利技术。在附图中，相似的特征或组件将由类似的附图标记指代。本文中“包括”、“具有”和“包含”及其变体的使用意指涵盖其后所列出的项目及其等效物以及另外项目。尽管下文可以在描述附图时参考例如上部、下部、向上、向下、向后、底部、顶部、前部、后部等的方向，但为了方便起见而相对于附图(如正常所观察)作出这些参考。这些方向并不旨在被视为字面意思或以任何形式限制本专利技术。图1示出了锥齿轮组的小齿轮构件2(即小齿轮)。与小齿轮构件2啮合的锥齿轮组的另一个构件是锥环齿轮构件(即齿圈，未示出)。小齿轮2包含齿4并包括轴部分6。小齿轮2还包括具有轴颈10的轮毂部分8，轴承(未示出)可放置在轴颈10上。轮毂部分8通过摩擦焊接附接到小齿轮2的前表面12上。图2是摩擦焊接的小齿轮面和轮毂部分(例如图1的小齿轮面12和轮毂8)之间的焊接区20(出于界定目的而添加白线)的显微照片(放大50倍)。小齿轮和轮毂均由原样和非淬火硬化的AISI9310钢组成，其组成(重量％)为：碳0.07-0.13镍2.95-3.55铬1.00-1.45锰0.40-0.70硅0.15-0.35钼0.08-0.15磷最多0.025硫最多0.025轮毂8的微结构22显示在焊接区20的左侧，而小齿轮2的微结构24显示在焊接区20的右侧。注意小齿轮微结构24中的铁氧体岛26(也参见图3)的显著数量和尺寸。在此实例中，焊接区20的硬度为42洛氏(Rockwell)C，并且轮毂微结构22和小齿轮微结构24的硬度为20.5洛氏C。在第一步骤中，将例如小齿轮2的齿轮在约1650℉至约1750℉的范围内的第一保持温度下正火至少6小时的时间，然后优选在静止空气中冷却(即第一冷却步骤)至室温，但空气可以例如通过风扇被搅拌，优选地略微搅拌。图4是与图2(9310钢)相同的齿轮的显微照片(放大500倍)，其中齿轮在1750℉下正火6小时，并且然后在静止空气中冷却。微结构24的硬度为99.5洛氏B(约22洛氏C)，并且焊接区硬度为27洛氏C。在正火和冷却之后，齿轮在约1200℉至约1250℉的范围内的亚临界第二保持温度下等温退火至少4小时。然后将齿轮冷却至室温(即第二冷却步骤)。第二冷却步骤可包含炉冷至约600℉，然后在空气中冷却至室温。或者，第二冷却步骤可包含在空气中冷却至室温。图5是图4的齿轮(9310钢)的显微照片(放大500倍)，其中齿轮在1250℉下退火4小时，然后在静止空气中冷却。微结构24的硬度为90洛氏B，并且焊接区硬度为92洛氏B。图6是在本专利技术的正火和退火工艺之后摩擦焊接区20(出于界定目的而添加白线)的显微照片(放大50倍)。可以看出，与图2相比，微结构更加均匀。与20.5洛氏C和42洛氏C的预处理值相比，上面提到的硬度几乎是均匀的。出于若干原因，选择用于正火钢制品的1650℉-1750℉的温度范围。如果钢制品在正火后随后进行渗碳层处理，则渗碳温度应低于所用的正火温度。渗碳以及随后的硬化和回火操作期间部件的变形是指定渗碳温度应低于正火温度的主要原因。对于所选择的目标温度，渗碳炉通常具有+/-25℉或更低的公差。为确保渗碳温度不超过所述正火温度，应考虑炉的工作区内的温度变化。这就是为什么典型的指导要求渗碳温度需要比正火温度低至少25℉。因此，对于1650℉的正火温度，如果遵循此指导，则渗碳温度将为至多1625℉。由于气体渗碳是扩散控制工艺，所以温度越低，则达到给定层深度分布所需的时间越长。并且在低于1625℉的温度下，花费太长时间(并且变得更加昂贵)来使大多数制品(即部件)渗碳。在高于1750℉的温度下，晶粒生长开始得更快，这是不希望的。对于少于6小时的保持时间，可能发生不完全或部分正火。选择在1200℉-1250℉的范围内的亚临界等温退火温度，使得在合理的时间长度内发生足够的软化而不超过钢的较低临界温度。超过钢的较低临界温度会引起不希望的奥氏体(austenitic)裂变。因此，退火不再能够被识别为亚临界退火。对于少于4小时的保持时间，可能发生不充分的软化。虽然已经用AISI9310钢讨论和说明了本专利技术，但是可以使用具有类似组成的其它全硬化或表面硬化钢(非淬火硬化)，例如包含以下(重量％)的AISI3310钢：碳0.08-0.13镍3.25-3.75铬1.40-1.75锰0.40-0.60硅0.15-0.35磷最多0.025硫最多0.025尽管已经关于齿轮讨论了本专利技术，但是可以想到其它摩擦焊接的钢制品。本专利技术的工艺产生均匀的微结构，其在最小的变形的情况下可以容易地进行渗碳和热处理(在一些齿轮的生产中的后续制造步骤)。还应注意，非淬火硬化和非摩擦焊接钢制品也可从本专利技术方法中获益，因为所得到的均匀微结构可易于渗碳和热处理。虽然已参考优选实施例描述了本专利技术，但应理解，本专利技术并不限于其细节。本专利技术旨在包括对于主题所属领域的技术人员来说将显而易见的修改，而不偏离所附权利要求书的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热处理非淬火硬化钢制品的方法，所述方法包含：将所述制品加热至在约1650℉至约1750℉的范围内的第一保持温度；在第一冷却步骤中将所述制品冷却至室温；将所述制品加热至在约1200℉至约1250℉的范围内的第二保持温度；在第二冷却步骤中将所述制品冷却至室温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.28 US 15/221,9931.一种热处理非淬火硬化钢制品的方法，所述方法包含：将所述制品加热至在约1650℉至约1750℉的范围内的第一保持温度；在第一冷却步骤中将所述制品冷却至室温；将所述制品加热至在约1200℉至约1250℉的范围内的第二保持温度；在第二冷却步骤中将所述制品冷却至室温。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述制品在所述第一保持温度下保持至少6小时的时间。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一冷却步骤发生在空气中。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一冷却步骤发生在略微搅拌的空气中。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·里尔登，
申请(专利权)人：格里森工场，
类型：发明
国别省市：美国,US