【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法。
技术介绍
1、渗碳是一种运用在齿轮、轴承等工件热加工方面的化学热处理方法，其目的在于增加工件表面的含碳量并达到一定的深度，从而获得工件高硬度表面和强韧性心部的性能。渗碳主要是将工件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子通过扩散渗入表层，与心部形成碳浓度梯度。当有效硬化层深度达到3mm以上时，可将其成为深层渗碳。深层渗碳是国内外重载齿轮最有效的表面强化方法。目前，重载齿轮渗碳工艺在930℃左右进行，存在着工艺周期长、能源消耗高、劳动强度大等缺点。提高渗碳温度是提升碳扩散速率、加快渗碳效率的有效手段。重载齿轮在高温渗碳获得深层渗碳层后，会通过高温回火、淬火、冷处理、低温回火热处理工艺，在表面获得马氏体组织，从而获得深层有效硬化层。
2、齿轮钢在高温下渗碳会导致原奥氏体晶粒粗大，降低力学性能。随着渗碳温度的提高齿轮心部的晶粒也会不可避免的长大，淬火后容易造成心部硬度偏高和韧性变差等问题。因此，齿轮钢高温渗碳后一般会采用多次淬火、原材料微合金、预热与预渗碳等方法来控制晶粒长大，以此来在提高渗碳效率的基础上提高其使用性能。
3、目前，高温渗碳重载齿轮的淬火一般是通过单一油介质进行的，淬火后容易造成心部硬度偏高和韧性变差。本技术旨在对高温渗碳重载齿轮在淬火热处理过程中使用油和空气这两个介质，在一定程度上并降低心部马氏体含量、提高贝氏体含量，提升心部韧性。
4、现有技术中，申请号202211053387.8，公开了一种nb-ti-b微
5、上述现有技术经过多次淬火后虽然能够细化齿轮钢晶粒度，提高材料的综合性能，但是会显著加剧齿轮变形，增加磨齿余量，使齿轮丧失了有益的表面残余压应力、最佳的金相组织和优异的耐磨性等。原材料微合金化也是抑制齿轮钢原奥氏体晶粒粗大的有效方法，但目前对重载齿轮钢未形成统一的标准，应用并不成熟，并且小批量炼钢质量难以稳定控制，齿轮制造原材料成本高。
技术实现思路
1、现有技术一般不涉及高温快速渗碳，也无法在保证其原有性能的基础上进一步提高其综合性能。
2、目前的研究主要集中在高温渗碳后小程度修改热处理工艺的情况下提高材料综合使用性能。本专利技术的目的包括提供一种不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺及其应用，以改善现有技术中齿轮需要采用多次淬火、原材料微合金、预热与预渗碳，造成工艺较为繁琐和新材料制造成本高等问题，改善试样心部的相组织成分，并降低马氏体含量，提高贝氏体含量，降低心部硬度来进一步提高试样心部的韧性，而渗碳表面仍为马氏体组织，并保持高硬度。
3、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
4、本专利技术提供一种不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，包括如下步骤：
5、s1：将齿轮钢工件于970℃渗碳保温40h后空冷；
6、s2：对步骤s1中空冷后的齿轮钢工件进行两次高温回火；
7、s3：对步骤s2中两次高温回火的齿轮钢工件810-830℃加热，油冷32s后空冷至室温(25±5℃)；
8、s4：将步骤s3中空冷至室温的齿轮钢工件于冷处理后加热至190-210℃回火7.5-8.5h，出炉空冷至室温。
9、优选的，所述步骤s1中，渗碳保温后随炉冷却，出炉空冷。
10、进一步地，所述随炉冷却至810-830℃后出炉空冷。
11、优选的，所述步骤s2中，高温回火的方法为将齿轮钢工件加热后空冷至室温。
12、进一步地，所述加热的温度为620-640℃。
13、进一步地，所述加热的保温时间为3.5-4.5h。
14、优选的，所述步骤s3中，加热的时间为60-70min。
15、优选的，所述步骤s4中，冷处理的温度为-80～-70℃。
16、优选的，所述步骤s4中，冷处理的时间为90-150min。
17、高温渗碳后的淬火过程是温度场、组织场和应力场相互作用的复杂物理过程，淬火过程中试样表层和心部的温度差异较大。本专利技术以合金钢18cr2ni4w为例，图1是用油介质淬火32s后的试样温度分布云图。此时刻试样表层的温度约为270℃，而心部的温度约为430℃。
18、通过jmatpro软件计算模拟得到了18cr2ni4w合金钢在不同碳含量下的相组织转变温度，结果如图2所示。图2中的两条水平虚线代表图1试样心部和表层的温度。试样心部的碳浓度约为0.14wt.％，32s油淬后心部的温度高于马氏体开始转变温度，因此心部还是奥氏体组织。若在此处更换淬火介质，降低试样心部的冷速，有利于降低心部马氏体组织含量，并提高心部贝氏体组织的含量。
19、通过上述分析，本专利技术提出的双介质淬火方法为油淬32s后再空冷至室温，具体的渗碳热处理工艺流程图如图3所示。油的传热能力远高于空气，32s的油淬可以让表面渗碳层发生马氏体转变，空冷可以降低心部的冷速，让心部生成更多的贝氏体组织，从而提高心部的韧性。
20、本专利技术还提供上述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法制备得到的齿轮钢。
21、本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
22、本专利技术通过有限元模拟方式，针对齿轮合金渗碳钢的渗碳工艺进行开发，在保证控制生产成本、不增加工艺流程及提升使用性能的基础上，提出一种双介质淬火工艺来改善试样心部的相组织，降低心部马氏体含量，提高贝氏体含量，从而降低心部硬度来进一步提高试样心部的韧性。而渗碳表面仍为马氏体组织，保持了表层的高硬度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤S1中，渗碳保温后随炉冷却，出炉空冷。
3.如权利要求2所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述随炉冷却至810-830℃后出炉空冷。
4.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤S2中，高温回火的方法为将齿轮钢工件加热后空冷至室温。
5.如权利要求4所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述加热的温度为620-640℃。
6.如权利要求4所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述加热的保温时间为3.5-4.5h。
7.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热的时间为60-70min。
8.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤S4中，冷处理的温度为-80～-70℃。
9.
10.一种权利要求1-9中任一项所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法制备得到的齿轮钢。
...【技术特征摘要】
1.一种不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤s1中，渗碳保温后随炉冷却，出炉空冷。
3.如权利要求2所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述随炉冷却至810-830℃后出炉空冷。
4.如权利要求1所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述步骤s2中，高温回火的方法为将齿轮钢工件加热后空冷至室温。
5.如权利要求4所述不同介质淬火的齿轮钢高温渗碳工艺方法，其特征在于，所述加热的温度为620-640℃。
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁岳东，姜洋，薛雨，杜尊重，张庆宇，张国群，王晓南，李超，
申请(专利权)人：常熟天地煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。