一种风电齿轮轴表面强化方法技术

本发明专利技术提供一种风电齿轮轴表面强化方法，属于材料表面热处理技术领域。具体步骤如下：S1.确定风电齿轮钢材的AC3温度及渗碳温度T2；S2.根据渗碳炉情况确定渗碳时间t1；S3.将齿轮轴加热至T1温度，并保温t2时间；S4.将齿轮轴加热至T2温度，并将炉内碳势调整为C1，在C1碳势下强渗t3时间；保持温度T2不变，调整碳势至C2，在C2碳势下扩散t4时间；S5.将齿轮轴缓冷至T3温度，并保温t5时间；S6.冷却到室温后，对齿轮轴感应加热至T4温度后淬火；S7.清洗后，对齿轮轴感应加热至T5温度后回火。其有益效果是达到了改善金相组织状态，提升强化质量；减少变形，降低淬裂风险；同时减低碳化物等级，减少生产时间，节约成本。节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种风电齿轮轴表面强化方法


[0001]本专利技术涉及一种风电齿轮轴表面强化方法，属于材料表面热处理


技术介绍

[0002]随着时代发展的需求，清洁能源占据能源组成越来越重要的内容。风能作为一种清洁可再生能源，近年始终保持着高速发展，并且装机数量在未来同样将持续增长。风力发电机组因投入成本高昂，需要运行二十年以上时间。而无论是陆上风机还是海上风机，风力发电机组的齿轮传动部分均承受复杂变向重载载荷作用，因此需要对齿轮部分进行表面强化处理，以提升表面硬度与耐磨性，进而增强齿轮的服役性能。大型风电机组中传动齿轮因需要承受大载荷，因此都具有较大的模数。
[0003]目前对于风电增速箱齿圈等部位的齿轮，选取42CrMo材料加工时，越来越多采用感应强化的方式进行表面处理。然而对于风电机组中的行星轮、齿轮轴等结构，则经常采用低碳合金钢材料制成，低碳合金钢则通常需要采用渗碳、渗碳淬火的方式进行表面强化处理。专利号：CN103624505A提供了一种风电输出齿轮轴加工方法，CN103726006B提供了一种风电设备中风电设备齿轮主轴的热处理微变形控制方法，解决了热处理过程中渗碳淬火变形量过大，渗碳深度不一致，应力梯度大等问题。然而渗碳工艺参数较难控制，不同渗碳炉的之间的差异导致处理相同大模数风电齿轮轴工件时，渗碳工艺参数无法直接复刻或进行简单调整后使用，获得相同质量的工件。风电齿轮轴渗碳工艺的各阶段，以及各阶段的具体参数，都直接影响强化结果。目前大模数风电齿轮轴的渗碳强化处理，容易出现残余奥氏体含量过高、金相组织较差、变形较大以及心部硬度过低等质量问题，影响生产使用。同时，风电齿轮轴工件尺寸大，渗碳处理花费时间相对较长。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术公开了一种风电齿轮轴表面强化方法，以渗碳淬火为基础，调整内部工艺过程与工艺参数，并两次引入感应加热方式进行处理，改变与增加基础作用方式，以达到改善金相组织状态，提升强化质量；减少变形，降低淬裂风险；同时减低碳化物等级，减少生产时间，节约成本等目的。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种风电齿轮轴表面强化方法，具体步骤如下：
[0006]S1.通过测定或计算风电齿轮钢材的AC3温度及渗碳温度T2。
[0007]S2.确定渗碳炉实际情况，根据渗碳炉情况确定渗碳时间t1。
[0008]S3.将齿轮轴加热至T1温度，并保温t2时间。
[0009]S4.继续将齿轮轴加热至T2温度，并将炉内碳势调整为C1，在C1碳势下强渗t3时间；保持温度T2不变，调整碳势至C2，在C2碳势下扩散t4时间。
[0010]S5.将齿轮轴缓冷至T3温度，并保温t5时间。
[0011]S6.冷却到室温后，对齿轮轴感应加热至T4温度后淬火。
[0012]S7.清洗后，对齿轮轴感应加热至T5温度后回火。
[0013]所述的S1中AC3温度确定可以通过经验公式计算或根据成分采用软件计算或采用热膨胀仪进行测定。AC3温度涉及后续操作步骤相关温度的确定处理，渗碳温度则需要根据材料属性进行确定。
[0014]所述的S2中确定渗碳炉实际情况主要是指渗碳炉使用年限或不同型号渗碳炉之间设计参数。不同渗碳炉的实际情况差异，将导致实际处理过程的不同，因此需要针对不同的渗碳设备炉，确定相应的渗碳时间。
[0015]所述的保温时预热温度T1低于渗碳进行时的渗碳温度T2，并进行保温过程降低温度差，有利于使工件表面与内部情况更加接近一致，避免内部拉应力过大，降低开裂风险。所述的保温时预热温度T1是指将工件由初始温度加热至T1温度，工件在T1温度下保温了t2时间。渗碳进行时的渗碳温度是指工件进行强渗和扩散的温度T2。
[0016]所述的步骤S5渗碳后缓冷保温，可以减小风电齿轮轴的变形量，并细化组织晶粒。
[0017]所述的步骤S6感应加热淬火温度高于炉内加热淬火，会使晶粒不易长大，同时高温能加速碳的溶解，降低风电齿轮轴表面碳化物等级。
[0018]所述的步骤S7通过感应的方式进行回火，其温度高于使用加热炉加热，能够降低残余应力和脆性，但又不降低表面硬度。
[0019]所述的步骤S6和S7利用感应加热的对风电大齿轮工件进行加热处理，利用强交变磁场的电磁力和磁脉冲复合作用，改善碳化物等级，降低残余奥氏体含量。感应加热可提升生产速度，降低工作时间；同时，感应加热可以促进与加速碳化物的溶解，进一步降低工作时间。
[0020]进一步地，所述的S2中渗碳时间t1等于强渗时间t3与扩散时间t4之和，并且t4＝(2.9～3.9)*t3。
[0021]进一步地，所述的S3中预热温度T1小于AC3温度，保温时间为不超过60min。
[0022]进一步地，所述的S4中齿轮轴的渗碳温度T2＝930
±
10℃。
[0023]进一步地，所述的渗碳温度T2大于AC3温度。
[0024]进一步地，所述的S4中碳势C1大于碳势C2。
[0025]进一步地，所述的S5中缓冷阶段T3温度的范围为T1
‑
(0～10℃)，所述保温时间t5为30min～60min。
[0026]进一步地，所述的S6中感应加热淬火温度T4的温度取值范围为AC3+(50～90)℃。
[0027]进一步地，所述的S6中室温取值范围为20～30℃。
[0028]进一步地，所述的S7中感应加热回火温度为T5的温度取值范围为180℃～230℃。
[0029]进一步地，所述的S7中感应回火的感应加热过程中加热温度不大于15℃/s。
[0030]进一步地，所述的S6中感应加热淬火和S7中感应加热回火的感应加热方式均为对齿形结构的逐齿扫描感应加热。
[0031]所述的工件为齿轮轴。
[0032]本专利技术公开一种风电齿轮轴表面强化方法，其有益效果是：
[0033](1)在大模数风电齿轮轴的热处理中使用渗碳、感应淬火、感应回火相结合的处理方式，改善组织状态，提升齿轮表面性能，增强风电齿轮轴质量。
[0034](2)根据渗碳炉的实际情况，调整与确定所需的强渗、扩散、保温时间，能显著提升表面强化质量，减少生产试制时成本的不必要浪费。
[0035](3)渗碳前进行预热处理，渗碳后缓冷处理，有效减少风电齿轮轴的变形量并细化晶粒，降低产生淬火裂纹的风险。
[0036](4)采用感应加热的方式进行淬火与回火，有效改善碳化物溶解情况，降低碳化物等级与含量。利用感应加热速度较快的特点，细化马氏体晶粒。
[0037](5)风电齿轮轴渗碳淬火后，通过感应加热低温回火，降低残余应力与脆性，同时保障齿轮轴表面质量，降低残余奥氏体含量并减少处理时间。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电齿轮轴表面强化方法，其特征在于，具体步骤如下：S1.通过测定或计算风电齿轮钢材的AC3温度及渗碳温度T2；S2.确定渗碳炉实际情况，根据渗碳炉情况确定渗碳时间t1；S3.将齿轮轴加热至T1温度，并保温t2时间；S4.继续将齿轮轴加热至T2温度，并将炉内碳势调整为C1，在C1碳势下强渗t3时间；保持温度T2不变，调整碳势至C2，在C2碳势下扩散t4时间；S5.将齿轮轴缓冷至T3温度，并保温t5时间；S6.冷却到室温后，对齿轮轴感应加热至T4温度后淬火；S7.清洗后，对齿轮轴感应加热至T5温度后回火。2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮轴表面强化方法，其特征在于，所述的S2中渗碳时间t1等于强渗时间t3与扩散时间t4之和，并且t4＝(2.9～3.9)*t3。3.根据权利要求1所述的一种风电齿轮轴表面强化方法，其特征在于，所述的S3中预热温度T1小于AC3温度，保温时间为不超过60min。4.根据权利要求1所述的一种风电齿轮轴表面强化方法，其特征在于，所述的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珍，文怀宇，李建，宋晓抗，耿乐，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：