一种等温正火热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开一种等温正火热处理工艺，其通过重新生成奥氏体，减少工件带状组织，且生成的组织更均匀，改善工件的机加工性能和提高工件机械性能；同时利用轧后余热，节省电能，从而减少了生产成本。

An equal temperature normalizing heat treatment process

【技术实现步骤摘要】
一种等温正火热处理工艺
本专利技术属于金属件热处理
，特别是指一种等温正火热处理工艺。
技术介绍
齿轮轴在汽车变速箱中起着极其重要的作用。由于其服役时应力状态非常复杂，故一般要求其具有良好的强韧性、较好的抗疲劳和抗磨损性能。一般而言，齿轮轴的材质为低碳低合金渗碳钢，其制造工序流程如下：下料、感应加热、楔横轧或锻造成形、正火处理、抛丸、粗加工、渗碳淬火、回火、精加工、磨削加工、抽检和入库。在上述工序中，正火处理的目的主要有：获得合适的硬度便于后续的机加工的操作；获得合理的铁素体和珠光体组织为渗碳淬火做好组织准备。硬度太高、太低或组织不合理均不利于后续机加工的操作和渗碳淬火变形的控制，甚至导致次品和废品。因此，在齿轮轴的制造过程中，正火处理是一道非常关键的工序。在常规的正火处理中，齿轮轴不同部位的冷却速度不一致，导致其组织不均匀，硬度波动范围较大，不利于其后续的切削加工和渗碳淬火变形的控制。因此，齿轮轴一般采用等温正火工艺进行正火处理。齿轮轴经合理的等温正火处理后，能获得均匀的组织(铁素体和珠光体)和硬度分布，改善了其切削加工性能且满足了渗碳和淬火前的组织准备要求。因为毛坯在成型后，比如轴类零件，需要楔横轧成型，成型后的轴类零件组织出现带状化，影响轴件的性能，比如塑性和韧性，需要将轴件经过热处理工艺处理，减少带状组织，提高其性能。等温正火工艺将钢材加热组织奥氏体化后并保温一定时间，保温后冷却至“S”鼻尖温度，“S”鼻尖温度是奥氏体转变为铁素体和珠光体的温度，一般为500℃-650℃，并在此温度保持一段时间使得奥氏体组织均匀地转变为铁素体和珠光体组织，然后冷却至室温，以获得良好的切削加工性能和力学性能。但是现有的等温正火工艺在工件奥氏体化保温一段时间后的使奥氏体组织转变为铁素体和珠光体组织的冷却过程中，是放在冷却风箱中工件堆积在一起连续冷却至保温温度的，上面的工件和下面的工件的冷却速度不能保持一致，这显然很难实现齿轮轴的均匀冷却，生成的铁素体和珠光体组织也不均匀，影响工件的机加工和力学性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种等温正火热处理工艺，减少工件带状组织，提高工件的机加工性能和力学性能。本专利技术一种等温正火热处理工艺包括：步骤1，将坯料在感应加热炉中加热使其由原始退火态铁素体和珠光体组织转变成奥氏体；步骤2，将加热完成的坯料转至楔横轧模具中轧制成形为工件，该过程工件组织不变仍为奥氏体；步骤3，将所述工件转运至第一冷却室冷却至一定温度，使所述工件组织由奥氏体转变为方向性弱的铁素体和珠光体；步骤4，将所述工件转运至第一加热炉的低温加热区加热至一定温度并保温一段时间，所述工件组织未转变；步骤5，将所述工件转运至所述第一加热炉的高温加热区加热至一定温度并保温一段时间，使所述工件组织由方向性弱的铁素体和珠光体转变为奥氏体；步骤6，将所述工件转运至第二冷却室采用间隙喷雾方式冷却自旋转的所述工件至一定温度，控制所述工件组织不发生转变；步骤7，将所述工件转运至第二加热炉中加热保温一段时间，使所述工件组织由奥氏体转变为铁素体和珠光体；步骤8，将所述工件转运至第三冷却室，强制快冷至室温。由上，在步骤2中坯料成型为工件后，组织转变为奥氏体，在步骤3冷却使其组织由奥氏体又转变为方向性弱的铁素体和珠光体，减轻甚至防止其在接下来的热处理步骤中发生组织遗传；在步骤5中工件组织由方向性弱的铁素体和珠光体转变为奥氏体，减少了工件带状组织，提高了工件性能；另外步骤4中在第一加热炉的低温加热区利用了步骤3中的余热，节省了能量；步骤6中采用间隙喷雾方式冷却自旋转的工件，使工件冷却均匀，提高其性能的均匀性和稳定性。较佳的，在步骤3中在所述第一冷却室中将所述工件采用风冷方式冷却至300～500℃温度。由上，将工件冷却至300～500℃温度，而不是冷却至室温，方便在步骤4中利用该余热，从而节省电能。较佳的，在步骤4中将所述工件在所述第一加热炉的低温加热区加热至600～750℃，保温10～40min，所述工件组织不发生转变；在步骤5中所述工件在所述第一加热炉的高温加热区加热至850～950℃，保温30～120min，所述工件组织由铁素体和珠光体转变为奥氏体。由上，在步骤4中在低温加热区加热，利用步骤3中的余热，节省电能；在高温加热区将工件组织由铁素体和珠光体转变为奥氏体，将第一加热炉分为低、高温加热区，防止在第一加热炉的低温加热区就转变为奥氏体，在高温区继续加热奥氏体继续长大，降低工件机械性能。较佳的，在步骤6中所述工件在所述第二冷却室冷却至400～600℃，所述工件组织不发生变化。由上，在步骤6中在所述第二冷却室中采用间隙喷雾方式冷却，且工件自旋转可以更换换热面，使工件冷却均匀，提高工件性能的均匀性和稳定性。较佳的，在步骤7中所述工件在所述第二加热炉中加热至500～700℃，加热60～240min，所述工件组织由奥氏体全部转变为铁素体和珠光体。由上，在步骤7中工件组织由奥氏体全部转变为铁素体和珠光体，获得合理的组织和硬度分布，满足后续机加工和渗碳淬火组织和性能要求。较佳的，在步骤8中将所述工件采用喷雾方式强制快速冷却至室温。附图说明图1为实施例齿轮轴结构示意图；图2为齿轮轴等温正火工艺流程图；图3为实施例齿轮轴材料连续冷却转变曲线图；图4为实施例齿轮轴材料等温转变曲线图；图5为600℃等温过程膨胀量与等温时间的关系曲线图；图6为齿轮轴经等温正火处理后的显微组织；图7为齿轮轴硬度值测量位置示意图。具体实施方式一种等温正火工艺，可以在工件奥氏体化保温一定时间后，冷却使组织由奥氏体转变为均匀的铁素体和珠光体组织，同时又能合理利用轧后余热，节约能源和工艺成本，其包括：步骤1、将圆柱坯料在感应加热炉中加热使其由原始退火态的铁素体和珠光体组织转变成奥氏体；将低碳低合金渗碳钢的圆柱毛坯放在所述感应加热炉中加热至1100～1300℃，并根据工件直径确定保温时间，一般保温10～30min，使其由原始退火态的铁素体和珠光体组织转变成奥氏体，这样毛坯奥氏体化并成分均匀，圆柱毛坯的变形抗力降低，便于后续轧制成形。步骤2、将加热奥氏体化后的圆柱坯料运用辊道运至楔横轧机的楔横轧模具中轧制成形得到直径为20～200mm的齿轮轴，组织仍然为奥氏体，此时终轧温度为900～1100℃，有利于齿轮轴发生动态回复和再结晶，减轻带状组织；步骤3、将轧制成形后的齿轮轴运用辊道和机械手转运至第一冷却室以3～30℃/min的速度风冷至300～500℃，使其组织由奥氏体转变为方向性弱的铁素体和珠光体，防止后续奥氏体化过程发生组织遗传又重新变成晶粒过大的奥氏体，从而有利于细化奥氏体晶粒；步骤4、将步骤3中冷却后的300～500℃的齿轮轴放在第一加热炉的低温加热区加热至600～750℃，保温时间为10～40min，齿轮轴的组织不发生转变。这样减少了其在加热过程中的吸热，大大降低了能源消耗；第一加热炉低温加热区温度为600～750℃，齿轮轴从300～500℃加热到600～750℃，可以使齿轮轴从外到内受热均匀，同时利用300～500℃的余热，减少了加热到600～750℃的时间，也节省了热能，相比于常规的等温正火工艺处理方式，在齿轮轴轧制成形冷却至室温后再放入第一加热炉中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等温正火热处理工艺，其特征在于，其包括：步骤1，将坯料在感应加热炉中加热使其由原始退火态铁素体和珠光体组织转变成奥氏体；步骤2，将加热完成的坯料转至楔横轧模具中轧制成形为工件，该过程工件组织不变仍为奥氏体；步骤3，将所述工件转运至第一冷却室冷却至一定温度，使所述工件组织由奥氏体转变为方向性弱的铁素体和珠光体组织；步骤4，将所述工件转运至第一加热炉的低温加热区加热至一定温度并保温一段时间，所述工件组织未转变；步骤5，将所述工件转运至所述第一加热炉的高温加热区加热至一定温度并保温一段时间，使所述工件组织由方向性弱的铁素体和珠光体转变为奥氏体；步骤6，将所述工件转运至第二冷却室采用间隙喷雾方式冷却自旋转的所述工件至一定温度，控制所述工件组织不发生转变；步骤7，将所述工件转运至第二加热炉中加热保温一段时间，使所述工件组织由奥氏体转变为铁素体和珠光体；步骤8，将所述工件转运至第三冷却室，强制快冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种等温正火热处理工艺，其特征在于，其包括：步骤1，将坯料在感应加热炉中加热使其由原始退火态铁素体和珠光体组织转变成奥氏体；步骤2，将加热完成的坯料转至楔横轧模具中轧制成形为工件，该过程工件组织不变仍为奥氏体；步骤3，将所述工件转运至第一冷却室冷却至一定温度，使所述工件组织由奥氏体转变为方向性弱的铁素体和珠光体组织；步骤4，将所述工件转运至第一加热炉的低温加热区加热至一定温度并保温一段时间，所述工件组织未转变；步骤5，将所述工件转运至所述第一加热炉的高温加热区加热至一定温度并保温一段时间，使所述工件组织由方向性弱的铁素体和珠光体转变为奥氏体；步骤6，将所述工件转运至第二冷却室采用间隙喷雾方式冷却自旋转的所述工件至一定温度，控制所述工件组织不发生转变；步骤7，将所述工件转运至第二加热炉中加热保温一段时间，使所述工件组织由奥氏体转变为铁素体和珠光体；步骤8，将所述工件转运至第三冷却室，强制快冷至室温。2.根据权利要求1所述的等温正火热...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗平，李贤君，张文良，王劲，巫小林，周彤，
申请(专利权)人：北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11