[发明专利]风电齿圈的深层离子渗氮工艺

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及风电齿圈的深层离子渗氮工艺。

背景技术

新型清洁能源产业风电中的内齿圈，由于其它的热处理工艺方法很难满足变形要求，要求采用渗氮工艺。针对风电齿圈渗氮后高的质量要求：表面硬度大于600HV，渗氮层深度0.7～0.9mm和较高的渗氮层组织要求，特别是为了确保风电齿圈的精度和使用性能要求，设计上规定渗氮后不允许再磨加工，为此要求渗氮后齿圈的畸变量控制在小于0.03mm以内。

由于内齿圈渗层要求深，考虑到常规气体渗氮工艺时间太长，而且变形较大，达不到技术要求，而离子渗氮法利用辉光放电直接对工件进行加热，工件加热时可以获得均匀的温度分布，此外，由于辉光放电时有阴极溅射作用，可使工件尺寸减小，这可抵消由于渗氮引起的体积胀大，故渗氮后要求畸变小的工件通常采用离子渗氮。但按常规的离子渗氮工艺很难达到工件的热处理技术要求，需要解决以下问题：

1、工件渗氮后需加工部位的防渗保护。由于齿圈渗氮后需再钻孔，要求防渗处同基体硬度一样。由于离子氮化大面积防渗涂料技术未过关，且涂料后表面光洁度差，需采用合适的机械屏蔽方法。

2、装炉方式和采用工装。由于工件直径大壁薄，外圈部分布满了孔洞，工件本身易变形。此外，由于离子渗氮加热方式的工艺特性，离子渗氮的温度均匀性与装炉操作影响很大，为保证加热时温度的均匀性，需制定合理的装炉方案和工装。

3、设备和供气。采用脉冲加热电源，提高控制精度。通入炉内的气体要尽量去除水分等杂质。

4、渗氮技术指标中，表面高硬度和深的渗层厚度本身是一对矛盾体；增加渗氮时间后，在增加渗氮层深度的同时也增加了工件的变形程度；这就需要渗氮工艺中温度，时间，气压，气体流量等各工艺参数的合理选配。

 

发明内容

本发明的目的就是为了克服针对风电齿圈采用常规气体渗氮工艺周期长，能耗高，变形相对较大，而采用常规的离子渗氮工艺很难达到热处理畸变量、高硬度、深的渗氮层厚度以及较高的渗氮组织级别等要求的缺陷而提供一种风电齿圈的深层离子渗氮工艺，该工艺周期短，耗能低，质量控制精度高，齿圈渗氮后表面硬度，耐磨性和疲劳强度都提高，而且畸变小，齿轮精度高，无需磨削就能直接装配使用，完全达到风电齿圈的质量技术要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：风电齿圈的深层离子渗氮工艺为：风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520℃保温一段时间，氨气通入渗氮炉，继续升温至530℃保温一段时间后， 再降温至510℃保温一段时间，渗氮结束后缓慢降温至150℃所述风电齿圈工件出炉。所述风电齿圈为42CrMo风电齿圈。

优选的，所述风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520℃保温35小时，氨气通入渗氮炉，继续升温至530℃保温40小时后， 再降温至510℃保温10小时。

优选的，所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。由于齿圈两端面渗氮后还需转孔，故硬度不能高，另外考虑到端面有许多孔，而孔洞处易引起辉光放电集中，局部电流密度偏大，温度偏高，造成工件各部位温度不均匀，故需要采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。

优选的，所述机械屏蔽的方法为采用两块夹板将所述齿圈两端面和所述齿圈端面上的孔洞封盖住。

优选的，在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极，和工件一起加热升温，改善了工件加热均匀性。

优选的，所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离，所述间隔距离从下至上分别为100，150，120mm，保证工件整体加热均匀。

优选的，所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热，加热速度在每小时30℃以内。

优选的，所述氨气是经过裂解炉加热分解后通入渗氮炉，从而保证了气体质量，提高了炉温均匀性。通入气压为500Pa，气体流量为800～900L/min。

优选的，所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备，操作简化，自动化控制程度高。

与现有技术相比，本发明的有益效果为： 

1、渗氮速度快，离子渗氮工艺时间85小时，而常规气体渗氮工艺时间需110小时，离子渗氮比气体渗氮节约25%。

2、工件变形小，离子渗氮后齿圈最大变形量0.02mm,气体渗氮后齿圈最大变形量0.04mm。离子渗氮后风电齿圈无需磨齿即可直接装配，节约了制造成本与工期。