[发明专利]一种齿轮的复合渗碳淬火热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理方法，特别涉及一种机车牵引齿轮的复合渗碳淬火热处理方法，属于热处理技术领域。

背景技术

齿轮对于高速列车来说是直接关系列车安全的至关重要的零部件。近年来，列车提速对机车的性能提出了新的挑战，从而对机车牵引齿轮的性能也提出了更高的要求。具体而言，要求齿轮不仅具有足够的强度和冲击韧性，以保证在最高速度与载荷下的绝对安全可靠；而且要求齿轮表面具有优良的硬度和耐磨性，从而保证有良好的接触疲劳性能和较长的寿命。

目前，机车牵引齿轮的热处理基本采用渗碳淬火表面强化的工艺方法。现有的机车牵引齿轮渗碳淬火方法如图1所示，进渗碳炉升温至930℃开始渗碳，首先为高碳势强渗阶段，再为降低碳势扩散阶段，然后冷却至840℃保温一段时间(1-2h)，出炉后热油淬火，最后低温回火(180-220℃)，空冷至室温。

该方法虽能有效降低齿轮的内氧化和减少齿轮的变形量，提高齿轮的接触疲劳性能，但深入研究表明存在以下不足：渗碳淬火后表层马氏体针较粗大，残余奥氏体含量较多，齿轮表面硬度偏低，因此降低了齿轮的耐磨性、强韧性和综合力学性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有存在的不足，提供一种机车牵引齿轮的复合渗碳淬火热处理方法，该方法能有效细化晶粒和表层马氏体，从而优化齿轮表面的金相组织，同时提高其表面硬度、耐磨性、疲劳强度和塑韧性指标。

为了达到以上目的，本发明的齿轮复合渗碳淬火热处理方法包括如下步骤：

S1、渗碳步骤——将齿轮置入渗碳炉中，升温至920±10℃，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，按渗层深度控制碳势CP和渗碳时间；

S2、降温步骤——将渗碳后的齿轮降温至780±10℃，保温3-4小时；

S3、升温步骤——将降温后的齿轮升温至880±10℃，保温2-3小时；

S4、淬火步骤——将淬火后的齿轮降温至830±10℃保温2-3小时，置入65-95℃的油液迅速冷却；

S5、回火步骤——将淬火后的齿轮在180-220℃环境中低温回火，保温3-4小时，出炉空冷至室温。

优选之一，所述渗碳步骤中，控制碳势先为高碳势强渗阶段，后为低碳势扩散阶段。

进一步，所述高碳势强渗阶段的碳势CP为1.20±0.03C％、渗碳时间为7-8小时。

更进一步，所述低碳势扩散阶段的碳势CP为0.75±0.03C％、渗碳时间为11-12小时。

优选之二，所述渗碳步骤中，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯中的至少一种。

进一步，所述渗碳步骤中，所述渗碳剂为重量比1.1:1的甲醇和丙烷，所述渗碳气氛以氮气和甲醇作为载气、以丙烷作为富化气。

优选之三，所述渗碳步骤的渗碳时间按下式确定：

t_渗碳＝(δ/K)²

式中t_渗碳为渗碳时间，单位小时

δ为渗层深度，单位毫米

K为渗碳温度系数，单位可取mm²·h^-1。

渗碳温度系数可以在热处理手册上查询获得，与渗碳温度、碳势成正比，与心部碳含量成反比，与合金元素品种及其含量也有关。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点主要体现在：

1、渗碳步骤中的渗碳温度相对较低，因此渗碳过程中奥氏体晶粒的长大倾向小；

2、降温步骤使得齿轮金相组织得到很好的细化，其内部及渗层范围得到均匀的珠光体及细小块状的铁素体；

3、升温步骤中极细长的碳化物溶解、扩散形成细小的颗粒状碳化物，同时珠光体及铁素体组织均匀化，使奥氏体中溶解的饱和碳化物更加细小；

4、淬火步骤降低温度保温再出炉淬火，能在保证表面获得细针状马氏体因此具有高硬度的同时，减少淬火应力，降低淬火变形。

综上所述，采用本发明的复合渗碳淬火热处理方法能有效细化晶粒，细化马氏体针，提高齿轮表面硬度，进一步提高齿轮耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，提高齿轮的综合力学性能。

附图说明

图1为现有的热处理过程示意图。

图2为本发明一个实施例的热处理过程示意图。

图3为采用现有技术热处理后机车牵引齿轮节圆处的金相图片。

图4为采用现有技术热处理后机车牵引齿轮齿根处的金相图片。

图5为采用现有技术热处理后机车牵引齿轮齿顶处的金相图片。