一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，包括如下步骤：(1)选择布氏硬度范围在170

【技术实现步骤摘要】
一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法


[0001]本专利技术涉及热处理
，具体涉及一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法。

技术介绍

[0002]现如今风电增速箱兆瓦越来越大，相应的内在关键传动内齿圈的尺寸也不断增大，当前内齿圈结构设计呈现出外径增大，齿宽增大，壁厚减小的特征。机械传动结构中的关键零部件就是内齿圈，可保证机械传动部件甚至整个系统的平稳性和安全性，为此，对内齿圈的表面硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗腐蚀能力等提出了更高要求。
[0003]内齿圈在加工时，采用表面强化以减少内齿圈表面的磨损、氧化以及腐蚀等问题。通常在内齿圈表面形成强化层的方法是对工件进行氮化处理。所谓氮化处理指的是将氮元素渗透进入内齿圈内部，并在内齿圈表面形成富氮硬化层，此工艺属于化学热处理工艺。工艺原理是：通过将氨加热至渗透的氮被分解出来并在内齿圈表面形成铁氮合金，最终达到提升内齿圈机械性能、物理性能以及化学性能的目的。一般可将氮化处理分为三个阶段，分别为：氨分解出所需的氮；内齿圈表面吸收氮原子；内齿圈表面的氮达到饱和状态后，氮继续向内齿圈内部扩散，从而增加渗氮层的厚度。
[0004]内齿圈的硬化工艺常规采用气体氮化为主，一般氮化温度在490
‑
530℃之间，兆瓦数越大相应的氮化硬化层深要求也越深，内齿圈的氮化制造难点在于由于壁薄且工件较大，长时间的氮化不可避免的产生正比例关系的畸变，同时氮化时间长制造成本高，畸变轻者返修，严重畸变甚至导致工件报废。迫切需要一种对大型薄壁内齿圈快速实现有效硬化层深要求同时控制畸变的工艺。

技术实现思路

[0005]为了解决大型薄壁内齿圈氮化产生畸变严重的技术问题，而提供一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法。本专利技术方法能够有效控制大型薄壁内齿圈在热处理后产生畸变严重的问题，可控制畸变严重的问题，可控制且渗氮层深＞0.3mm，表面硬度可达600
‑
800HV。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，包括如下步骤：
[0008](1)选择布氏硬度范围在170
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320HB之间的铬基合金坯料进行锻造比≥8的锻造镦粗处理，再冲孔后碾环，然后进行正火处理获得环坯；
[0009](2)对所述环坯依次进行粗车、固溶处理、半精车、粗开齿、淬火处理、回火处理、精车、精铣齿、粗加工钻孔和钻螺、第一时效处理、精加工钻孔和钻螺、精车、粗磨齿、第二时效处理、精磨齿，得到半成品；
[0010](3)最后对所述半成品进行渗氮处理得到大型薄壁内齿圈。
[0011]进一步地，所述铬基合金坯料为42CrMo、34CrNiMo6、31CrMoV9中的一种。
[0012]进一步地，所述正火处理的温度为850
‑
950℃、保温时间为4
‑
6h，升温速率为200℃/h，所述正火处理结束后随炉冷却至200℃。
[0013]进一步地，所述固溶处理的温度为900
‑
950℃、保温时间4
‑
6h，升温速率为200℃/h，所述固溶处理结束后随炉冷却至200℃。
[0014]进一步地，所述淬火处理是先升温至800
‑
880℃并保温1
‑
2h后，在PAG淬火液中淬火冷却至齿根温度为200
‑
250℃时出液，再进行盐浴淬火；所述PAG淬火液的温度控制在30
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40℃、冷却速度≥160℃/h；所述盐浴淬火是将工件冷却至140℃时取出。
[0015]进一步地，所述回火处理的温度至少为590℃、保温5
‑
7h，升温速率至少100℃/h，所述回火处理结束后空冷至200℃以下。
[0016]进一步地，所述第一时效处理的温度为550
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600℃、保温时间为5
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8h，升温速率为100
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150℃/h，所述第一时效处理结束后采用降温速率50
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100℃/h降温至150℃；所述第二时效处理的温度为200
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250℃、保温时间为4
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6h，升温速率不超过100℃/h，所述第二时效处理结束后采用降温速率50
‑
100℃/h降温至100℃以下。
[0017]进一步地，所述渗氮处理是在升温速率为30
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40℃/h下先升温至550≤T1≤560℃并保温6
‑
10h，再以40
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50℃/h降温速率降温至540≤T2＜550℃并保温6
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14h，保持40
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50℃/h降温速率降温至530≤T3＜540℃并保温10
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20h，再保持40
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50℃/h降温速率降温至480≤T4＜530℃并保温16
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26h，在T1、T2、T3、T4阶段均通入氨气并控制氨气分解率分别为50％、55％、60％、65
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68％，最后以40
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50℃/h降温速率冷却至80℃。
[0018]有益技术效果：
[0019]本专利技术采用锻造比≥8的锻造镦粗处理后碾环可以改进合金致密度，细化粗大晶粒获得较为均匀的壁厚，在镦后及时进行正火处理，可促使晶粒进一步细化，消除锻造应力，提高切削能力；然后在粗车后进行固溶、淬火，对合金进行调质，以提高合金组成均匀性，减少枝晶偏析，以减少渗氮畸变，从而获得较高的强度、优良的韧性、塑性及切削能力；淬火采用盐水淬和PAG冷淬，可以最大程度淬透，同时不会产生裂纹，淬透深度越好，那么氮化后合金基体组织硬度越好，有利于提高氮化温度以获得较好的氮化强化效果，使合金基体刚性增加同时不易产生高温蠕变，从而获得微畸变工件；后续精车、精铣齿、粗加工等一系列机加工后会产生明显的机加工内应力，因此后续还需要进行二级时效处理，先采用高温时效去除前期应力，控制升温及降温速率以避免产生二次应力，同时消除工件内应力，改善力学性能，然后再精加工、粗磨齿等操作，磨齿磨削过程中金属键断裂产生能量释放，能量的起伏必然也将导致内应力产生，因此后续还需进行低温时效处理以进一步消除内应力，从而稳定组织结构和尺寸。
[0020]本专利技术方法通过工艺改进实现快速渗氮且达到微畸变效果，可控制渗氮层深＞0.3mm，工艺时间可减少25
‑
60％；可控制60％；可控制表面硬度可达600
‑
800HV，白亮层深度＜15μm，渗氮层脆性级别达到1级。
附图说明
[0021]图1为大型薄壁内齿圈结构示意图，图中未示出内齿，但实际制作过程中存在内齿。
[0022]图2为实施例1的渗氮工艺图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)选择布氏硬度范围在170
‑
320HB之间的铬基合金坯料进行锻造比≥8的锻造镦粗处理，再冲孔后碾环，然后进行正火处理获得环坯；(2)对所述环坯依次进行粗车、固溶处理、半精车、粗开齿、淬火处理、回火处理、精车、精铣齿、粗加工钻孔和钻螺、第一时效处理、精加工钻孔和钻螺、精车、粗磨齿、第二时效处理、精磨齿，得到半成品；(3)最后对所述半成品进行渗氮处理得到大型薄壁内齿圈。2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，其特征在于，所述铬基合金坯料为42CrMo、34CrNiMo6、31CrMoV9中的一种。3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，其特征在于，所述正火处理的温度为850
‑
950℃、保温时间为4
‑
6h，升温速率为200℃/h，所述正火处理结束后随炉冷却至200℃。4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为900
‑
950℃、保温时间4
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6h，升温速率为200℃/h，所述固溶处理结束后随炉冷却至200℃。5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁内齿圈快速氮化微畸变工艺方法，其特征在于，所述淬火处理是先升温至800
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880℃并保温1
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2h后，在PAG淬火液中淬火冷却至齿根温度为200
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250℃时出液，再进行盐浴淬火；所述PAG淬火液的温度控制在30
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40℃、冷却速度≥160℃/h；所述盐浴淬火是将工件冷却至140℃时取出。6.根据权利要求1所述的一种大型薄壁内齿圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚元，周玉龙，姚文健，杨永太，沈李豪，胡庆涛，刘龙军，
申请(专利权)人：常州铂林热处理有限公司，
类型：发明
国别省市：