[发明专利]超大模数重载齿条的中频感应淬火工艺

说明书

技术领域

本发明涉超大模数齿条的热处理，尤其是一种超大模数重载齿条的中频感应淬火工艺。

背景技术

齿轮、齿条机构是重要的传动部件，也是常用的长距离驱动方式，与带、链、摩擦、液压、丝杆等其他机械传动形式相比，具有传动精度和效率高、传动平稳、承载能力强、功率范围大、可靠性好、可无限长度对接延续、结构紧凑、成本低、使用寿命长等优点，被广泛运用于机械、航空、仪表等行业，成为各类机械不可或缺的传动部件，在现代机械制造行业中占有重要的地位。其中，齿条作为重要的基础部件，其质量、性能、寿命直接影响到整机的技术经济指标。

随着各类大型机械提升设备的大量应用，对齿条的需求日益增加。目前齿条的生产，正朝着大模数、超长长度两个方向发展，尤其是模数在50mm≤m≤150mm的超大模数重载齿轮齿条机构，常用于一些大型、超大型设备的升降系统，如用于海上石油开采的自升式海洋平台升降系统、齿轮齿条爬升式垂直升船机承船厢的升降驱动装置。

超大模数齿轮齿条的制造属于极限加工，技术含量高，尤其是超大模数齿条的淬火工艺更是整个系统制造中的瓶颈问题。对于大模数重载齿条，为保证其强的耐磨性，通常要求较高的硬度，同时要求较深的硬化层，若硬化层较浅，则齿条在工作负荷较重时，由于过渡区有较大的淬火残留拉应力，此应力与工作中的接触应力相叠加，会使过渡区产生疲劳裂纹并扩展到齿面，极易导致硬化层易从过渡区剥落；其次，为增强齿的抗弯强度，要求淬硬层沿齿面、齿根连续分布，若淬硬层终止于齿根，则齿条工作时，由于齿根处为过渡区组织，其淬火残留应力是拉应力，此应力与工作中形成的拉应力相叠加，极易使齿根产生裂纹。以某3000吨级升船机齿条为例，由于其形状、结构的特点，只能采用铸件；同时，要求齿条耐磨、高强、高韧性，淬硬层深度要求达到≥5mm、表面硬度要求≥HV520，且需要在淬火时控制变形。

但当前，常规的超大模数齿条的热处理工艺，主要有两种：一、主要适用于对表面硬度无特别高要求的情况，整体调质热处理，且调质处理即为最终热处理；二、主要适用于对淬硬层深度无特别高要求的情况，采用锻件，在预备热处理后进行表面淬火或渗碳淬火处理，淬硬层深度一般仅为3～4mm左右。因此，现有的常规热处理工艺均不能满足对大模数重载齿条性能的要求。

为了解决上述问题，上海重型机器厂有限公司进行了相关研究，并在2011年第13期的《金属加工（热加工）》上发表了题为《大型齿条中频感应淬火试验及质量分析》的论文。文中，齿条为铸件，采用G42CrMo4合金钢制成；其热处理工艺包括：A、调制处理，调制淬火采用浸油冷却；B、采用单齿沿齿廓连续淬火法对齿条的齿面和齿根同时进行表面淬火，冷却方式为喷水器喷射，冷却介质为聚合物水溶液；C、低温回火。根据文中的检测，其齿面硬度约为600HV、有效淬硬层深度约为7mm，齿根硬度约为540HV、有效淬硬层深度约为5mm。

但申请人发现，上述论文中的淬火工艺，虽然能够满足大模数重载齿条对硬度、淬硬层深度及淬硬层沿齿面、齿根连续分布的要求，但其采用喷射冷却液的快速冷却方式，无法消除齿条齿根处潜在的不利残余应力对产品使用产生的不利影响，容易产生淬火裂纹和变形，即使产品未发现开裂，在使用中也极易由于延迟裂纹而影响整机使用。因此，急待开发新的工艺以满足对大模数重载齿条性能的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超大模数重载齿条的中频感应淬火工艺，该工艺能够保证齿条获得较高硬度和较深硬化层，并有效改善齿根处的应力状态，避免齿根处残余应力可能导致的淬火开裂及延迟开裂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

超大模数重载齿条的中频感应淬火工艺，所采用中频感应淬火机床的感应器为形状与齿条的齿槽断面形状相适配的仿形感应器，包括如下步骤：

A、将齿条放置在中频感应淬火机床上；

B、通过感应器对齿条齿槽的齿面和齿根同时进行加热，齿条加热区在完成加热后，在齿条加热区表层的淬硬层深度范围内均达到淬火温度；

C、对齿条完成加热的加热区实施风冷，风冷的冷却速率大于临界冷却速率，且风冷后齿条加热区表面温度位于马氏体开始转变温度和马氏体终止转变温度之间；

D、在齿条完成风冷后，且经热传导作用，在齿条加热区表层的淬硬层深度范围内的温度梯度稳定后，对加热区实施液冷，完成组织转变，液冷的冷却速率大于临界冷却速率。

进一步的，在所述步骤B中，采用连续感应加热法，感应器沿齿宽方向运动实施连续感应加热。