[发明专利]一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法

说明书

本发明涉及一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法，包括以下步骤：(1)锻后余热正火；(2)清洗；(3)机加工；(4)预氧化；(5)高温渗碳：将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理，渗碳采用两段渗碳法，第一段为强渗阶段，第二段为扩散阶段；(6)预先正火；(7)再加热；(8)淬火；(9)回火；(10)喷丸。通过该方法获得的齿轮工件马氏体和残余奥氏体等组织均得到细化，且晶粒尺寸分布更加均匀，明显提高齿轮的抗疲劳强度和冲击韧性。齿轮渗碳层表面分布大量弥散球化的碳化物，能显著增加齿轮表面耐磨性；采用高渗碳温度，能有效减少渗碳时间，降低能耗。

技术领域

本发明涉及齿轮热处理领域，更具体地说，涉及一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法。

背景技术

高性能齿轮是机械基础零件，在大多数工业领域中都有着非常广泛的应用，其性能直接影响装备的使用寿命。在齿轮的啮合传动过程中，齿面啮合区需要承受很大的冲击载荷、循环载荷以及严重的摩擦磨损，因此要求齿轮具有良好的抗疲劳强度、冲击韧性以及耐磨性。

渗碳热处理是齿轮表面强化最主要的热处理方法之一，随渗碳温度的升高，碳在钢中扩散系数呈指数上升，但渗碳温度过高会引起晶粒的剧烈长大，因此现在的渗碳热处理方法中，渗碳温度通常为910～930℃。渗碳过程一般分为强渗和扩散两段式，之后缓冷至淬火温度后直接进入到淬火介质中，但这种常规渗碳热处理工艺存在如下不足：1、渗碳齿轮的次表层极易产生异常粗大组织，造成齿轮组织的不均匀性，从而显著降低齿轮的抗疲劳强度和冲击韧性；2、在直接淬火过程中，表面的大块状高碳含量奥氏体极易在室温保留下来，从而极大地降低了齿轮表层耐磨性；3、渗碳温度偏低，从而导致渗碳时间过长，能耗较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法，能够显著提高齿轮的组织细匀化，同时有效增强齿轮的抗疲劳强度、冲击韧性和耐磨性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种实现组织细匀化的高性能齿轮热处理方法，按如下步骤进行：

(1)锻后余热正火：将热锻成形后的齿轮锻件进行余热正火处理。

(2)机加工：车外圆、内孔和端面，插键槽，去毛刺。

(3)清洗：清洗去除齿轮锻件表面的油脂污垢和氧化皮等有害杂质。

(4)预氧化：将清洗完的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的预氧化炉室中进行预氧化处理。

(5)高温渗碳：将预氧化处理后的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的渗碳炉室中进行高温渗碳处理，渗碳采用两段渗碳法，第一段为强渗阶段，第二段为扩散阶段。

(6)预先正火：将完成渗碳处理的齿轮锻件推入连续式渗碳炉的正火炉室中，通过炉室内环绕设置的风扇对齿轮锻件进行预先正火处理。

(7)再加热：将预先正火后的带余热齿轮锻件推入连续式渗碳炉的再加热炉室中，重新再加热至815～835℃并保温2～3h。再加热的过程中，炉室内碳势控制在0.55±0.05％。

(8)淬火：将再加热保温后的齿轮锻件直接垂直浸入淬火油中，淬火油内设有搅拌器，使淬火油温度均匀，且淬火油的温度控制在60±5℃。

(9)回火：淬火后的齿轮在180～200℃的温度下保温2～3h进行回火，然后出炉风冷。

(10)喷丸：将渗碳热处理后的齿轮锻件进行表面喷丸处理，喷丸处理的时间控制在30min左右。

按上述技术方案，步骤(1)中采用锻后余热正火，根据齿轮锻件的尺寸，合理控制冷却速度在5℃/s～20℃/s范围内，使齿轮锻件组织初步细匀化，为随后渗碳热处理做好组织均匀化准备，并且保证齿轮锻件硬度合理适合后续机加工。