[发明专利]大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁工件的深层渗碳热处理方法技术，特别涉及一种大型重载齿轮深层渗碳方法，属于热处理技术领域。

背景技术

齿轮零件为获得一定的强度、韧性和耐磨性，需进行调质、渗碳淬火、回火等一系列热处理。大型重载齿轮尺寸大，承载重，冲击力强，安全性能要求高，使用时要求有优良的表面硬度、耐磨性能和抗过载能力，因此既要求齿轮齿面的硬化层深较深，而且要求齿轮表面的金相组织良好。

目前，大型重载齿轮的深层渗碳方法基本采用两段式渗碳，如图2所示，即为恒温降碳势方法，该方法的强渗碳势高，炉内易沉积大量碳黑，在渗碳温度下会导致炉内碳势波动，对碳势控制造成很大困难。同时，该方法强渗时间长，且处在同一温度，由于钢中的Cr、Mo、Ti、W等碳化物形成元素会与碳形成稳定的合金碳化物，吸碳能力强，使渗碳层碳浓度升高，不利于碳元素的扩散，渗碳层浓度梯度变陡，易出现大块状、网状碳化物，破坏了基体组织的连续性，严重影响了渗碳层质量，使齿轮在后续磨削加工过程中易产生磨削裂纹，并使齿轮在周期性接触应力作用下易于疲劳，形成麻点和表层剥落。

目前，大型重载齿轮的深层渗碳方法也有少数采用恒温变碳势多段式渗碳或者降温变碳势多段式渗碳，该方法能有效的缩短渗碳时间，节能减排，但对渗碳层中大块状、网状碳化物的改善仍存在一些问题。

为了解决上述技术问题，有必要新开发一种新的大型重载齿轮的深层渗碳热处理方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有的大型重载齿轮深层渗碳方法时间长，能耗高，齿轮表面渗碳层易产生大块状、网状碳化物的问题，提供一种优化的大型重载齿轮的深层渗碳热处理方法。该新方法能消除有害碳化物，获得弥散分布的细粒状碳化物，并获得高的渗碳速度，缩短方法时间，降低能耗，提高生产效率。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种大型重载齿轮的多段式深层渗碳方法，包括如下步骤：

S1、加热步骤，将大型重载齿轮零件置于渗碳炉内加热至910±10℃；

S2、第一强渗扩散步骤，炉温维持在910±10℃，控制第一扩散阶段碳势小于第一强渗阶段碳势，控制第一扩散阶段时间大于第一渗碳阶段时间；

S3、升温步骤，加热提高炉温至930±10℃；

S4、第二强渗扩散步骤，炉温维持在930±10℃，控制第二扩散阶段碳势小于第二强渗阶段碳势，控制第二扩散阶段时间大于第二渗碳阶段时间；所述第二渗碳阶段时间大于所述第一渗碳阶段时间；

S5、降温步骤，降低炉温，齿轮零件随炉降温降至840±10℃，保温时间为1-2小时，降温过程中维持炉内碳势，使其等于第二扩散阶段碳势；

S6、淬火步骤，将齿轮零件在840±10℃进行油淬，淬火油温度为65-95℃；

S7、低温回火步骤，将齿轮零件放在回火炉中加热至180-220℃进行低温回火，保温时间为2-3小时；然后出炉空冷至室温。

优选的，所述的第一强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，

S21、第一渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次强渗，炉温维持在910±10℃，保温时间为5-6小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；

S22、第一扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第一次扩散，炉温维持在910±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%。

优选的，所述的第二强渗扩散步骤中，具体包括如下阶段，

S41、第二渗碳阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次强渗，炉温维持在930±10℃，保温时间为6-7小时，控制碳势CP为1.15±0.05C%；

S41、第二扩散阶段，在渗碳炉内对零件进行渗碳的第二次扩散，炉温维持在930±10℃，保温时间为7-8小时，控制碳势CP为0.75±0.05C%。

优选的，所述第一强渗阶段碳势等于第二强渗阶段碳势，所述第一扩散阶段碳势等于第二强渗阶段碳势。

优选的，所述淬火步骤和低温回火步骤之间还包括清洗步骤，清洗去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在50-60℃。

优选的，所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中采用的渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或多种。

优选的，所述第一强渗扩散步骤、第二强渗扩散步骤中，所述碳势通过调节渗碳剂流量来控制。