一种低碳低合金钢的热处理方法技术

本申请涉及摆线针轮精密减速器领域，更具体地说，它涉及一种低碳低合金钢的热处理方法。一种低碳低合金钢的热处理方法，依次包括以下步骤：渗碳、球化退火、淬火、碳分配、M

【技术实现步骤摘要】
一种低碳低合金钢的热处理方法


[0001]本申请涉及摆线针轮精密减速器领域，更具体地说，它涉及一种低碳低合金钢的热处理方法。

技术介绍

[0002]摆线针轮精密减速器广泛应用于工业机器人的关节，通过关节对机器人手臂进行减速和转向。每一个关节中，司服电机将输入的力矩依次通过减速器中的输入齿轮轴、行星轮、曲柄轴、摆线针轮，最后通过针齿壳输出，实现减速的目的，同时实现转向。
[0003]上述零件在传动过程中不但要承受较大的力矩，同时还要承受较大的摩擦磨损性能。例如曲柄轴，它的偏心轮与滚针轴承和摆线轮孔组成滑动摩擦副，偏心轮表层不但要具备较高的耐磨性能，它的心部还要具备较高的强度和韧性。输入齿轮轴、行星轮和摆线针轮也必须要具备上述综合力学性能，减速器的传动效率、传动精度和使用寿命才能得到进一步提高。
[0004]在摆线针轮精密减速器领域，人们对减速器的结构设计、机械加工、整机装配和性能测试等方面的研究成果颇丰，但是对上述零部件的力学性能，特别是耐磨性能的研究成果较少。
[0005]就曲柄轴和行星轮而言，目前基本选用的是20CrMnTi、20CrMo、20CrNiMo、20CrMnSi和30CrMnSi等低碳低合金钢，摆线针轮有些企业选用这类低碳低合金钢，也有企业选用轴承钢，原材料一般为热轧退火状态。
[0006]目前，对于这些零件，国内大部分相关企业一般是先对原材料经过粗加工，然后采取传统的渗碳淬火工艺，即渗碳、淬火和低温回火热处理来制造。然而，在装配成整机服役一段时间后，申请人发现这些零件表层磨损较快，从而影响了传动效率、传动精度和使用寿命。

技术实现思路

[0007]为了改善上述零件表层磨损较快的缺陷，本申请提供一种低碳低合金钢的热处理方法。
[0008]本申请提供的一种低碳低合金钢的热处理方法，采用如下的技术方案：一种低碳低合金钢的热处理方法，依次包括以下步骤：渗碳、淬火、M
S
(马氏体开始转变温度)临界点温度回火；所述M
S
临界点温度回火中，回火温度为245
‑
255℃，回火时间为100
‑
120min。
[0009]渗碳后低碳低合金钢的表层组织的M
S
临界点温度为240℃，本申请的回火温度245
‑
255℃略高于M
S
临界点温度，而在本申请的温度下进行回火时，淬火马氏体会逐渐向下贝氏体转变，也有部分残余奥氏体转变成下贝氏体。
[0010]下贝氏体的铁素体位于马氏体片上，尺寸细小，形貌为细针状，铁素体边缘析出纳米级的M7C3和M
23
C6的碳化物，平均尺寸为30
‑
50nm。从马氏体转变为下贝氏体，同样也需要形
核和长大的过程，因此，当回火温度比M
S
转变温度高出不多时，从相变热力学和动力学角度，虽然满足马氏体转变为下贝氏体的条件，但由于能量不足，无法使马氏体全部转变为下贝氏体，也无法使残余奥氏体全部转变成下贝氏体。
[0011]也就是说，经过245
‑
255℃的回火后，表层组织为细针片状马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+球状渗碳体。细针片状马氏体尺寸0.5
‑
1μm，渗碳层原奥氏体晶粒度为10.5级，表层硬度达到60
‑
61HRC，渗碳深度达到0.8mm。心部组织仍然为板条状低碳马氏体，但板条长度尺寸有所减小，确保了既具有较高强度，又具有足够韧性。
[0012]这种表层组织结构和晶粒度具有很高的耐磨性能。其中，细针片状马氏体具有很高的硬度，但是韧性较差；下贝氏体具有很高的强度和韧性，具有较高的强韧性组合；残余奥氏体进一步提高了韧性，增强了TRIP效应；一定量的球状渗碳体提高了吸收内摩擦力功能，提高了抗磨性能；表层较高晶粒度更进一步提高了耐磨性能，即以上这些微观组织组合对摩擦磨损性能的改善是非常有利的。
[0013]而传统的渗碳淬火后的回火工艺的回火温度一般在M
S
临界点温度以下进行，即常用的回火温度为170
‑
200℃。而在170
‑
200℃的温度区间内进行回火时，基体组织仅为回火马氏体和残余奥氏体，而不可能有下贝式体产生。
[0014]优选的，所述淬火与所述M
S
临界点温度回火之间设置有碳分配，分配温度为290
‑
310℃，分配时间为160
‑
200s。
[0015]碳分配热处理可以促使残余奥氏体从马氏体中获得一定的碳，使残余奥氏体的稳定性得到提高，基体组织表层受到摩擦力后残余奥氏体变成马氏体的TRIP效应增强，从而进一步增强基体组织的韧性和强度。
[0016]优选的，所述渗碳与所述淬火之间还设置有球化退火，球化退火采用连续退火工艺，奥氏体化温度为780
‑
820℃，奥氏体化保温时间为25
‑
35min，然后炉冷至700
‑
730℃，在该温度下保温160
‑
200min进行球化。
[0017]传统的渗碳淬火工艺没有球化退火这道工序，而是渗碳后直接淬火。而球化退火工序中的炉冷过程中，未溶片状渗碳体开始球化，熔入奥氏体内的碳也会析出，开始形成球状渗碳体，而经过球化后的渗碳体大大提高了基体组织的摩擦磨损性能。
[0018]而且，对于曲柄轴来说，通过球化退火，曲柄轴表层的珠光体基体组织会变成等轴状，心部珠光体组织也会变成等轴状，进而改善曲柄轴的性能。
[0019]优选的，奥氏体化温度为795
‑
805℃。
[0020]奥氏体化温度影响表层组织中片状渗碳体溶入奥氏体的量和未溶片状渗碳体的尺寸，从而影响作为异质核心的未溶片状渗碳体球化后的数量和形貌。
[0021]表层组织的A
c1
、A
ccm
、A
rcm
和A
r1
温度分别为760℃、900℃、707℃和695℃，所以，在确定的奥氏体化温度下，可以根据杠杆定律计算未溶片状渗碳体的数量(质量百分比)。如果奥氏体化温度过高，未溶片状渗碳体数量少且尺寸小，球化后的渗碳体数量少尺寸小；如果奥氏体化温度过低，球化后的渗碳体形貌差，形状因子低，而且大部分为棒状和块状。
[0022]同时，奥氏体化温度影响原奥氏体晶粒尺寸。奥氏体化过程实际上也是一个重结晶的过程，20CrMnTi钢属于本质细晶粒钢，当奥氏体化温度为795
‑
805℃时，原奥氏体晶粒尺寸仍然较小。
[0023]优选的，炉冷温度为710
‑
720℃。
[0024]球化温度主要影响渗碳体的数量和形貌。当球化保温温度略高于A
r1
和A
rcm
温度时，过冷奥氏体内的碳将连续析出。而球化温度过高和过低，都会影响球状渗碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于，依次包括以下步骤：渗碳、淬火、M
S
临界点温度回火；所述M
S
临界点温度回火中，回火温度为245
‑
255℃，回火时间为100
‑
120min。2.根据权利要求1所述的低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于：所述淬火与所述M
S
临界点温度回火之间设置有碳分配，分配温度为290
‑
310℃，分配时间为160
‑
200s。3.根据权利要求1所述的低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于：所述渗碳与所述淬火之间还设置有球化退火，球化退火采用连续球化退火工艺，奥氏体化温度为780
‑
820℃，奥氏体化保温时间为25
‑
35min，然后炉冷至700
‑
730℃，在该温度下保温160
‑
200min进行球化。4.根据权利要求3所述的低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于：奥氏体化温度为795
‑
805℃。5.根据权利要求3所述的低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于：炉冷温度为710
‑
720℃。6.根据权利要求1所述的低碳低合金钢的热处理方法，其特征在于：所述渗碳依次包括强渗阶段以及扩散阶段，所述强渗阶段温度为900
‑
920℃，强渗碳势1.1%
‑
1.2%，强渗扩散时间220
‑
260min；所述扩散阶段温度为860
‑
900℃，扩散碳势0.85
‑
0....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正周，李克凡，黄炳，徐家科，唐华清，高东益，
申请(专利权)人：宁波中大力德智能传动股份有限公司，
类型：发明
国别省市：