[发明专利]一种超高强度不锈钢齿轮离子渗氮方法

说明书

本发明涉及一种超高强度不锈钢齿轮离子渗氮方法，步骤包括：S1、设计渗氮工装和仿形工装；S2、将渗氮工装及仿形工装采用碳氢清洗剂清洗，再使用无水乙醇擦拭；S3、将清洁后的渗氮工装及仿形工装进行真空退火热处理；S4、擦拭齿轮零件的外表面及带有的小孔的位置，然后用无水乙醇擦拭，并用无油压缩空气或氮气吹干；S5、形成试件与仿形工装组合体；S6、将组合完成的渗氮工装及齿轮零件、试件与仿形工装组合体均匀分布在离子渗氮炉阴极盘上；S7、对齿轮零件及试件进行渗氮；S8、将渗氮工装及齿轮零件、试件与仿形工装组合体待降温至50℃以下出炉。本发明在渗氮过程能够调节工艺参数，可以满足渗氮层沿齿廓均匀分布的需要。

技术领域

本发明涉及一种超高强度不锈钢齿轮离子渗氮方法，属于化学热处理技术领域。

背景技术

超高强度不锈钢是当前抗拉强度最高、韧性等综合力学性能最好的金属结构材料，广泛地应用于航空、航天及其他高科技领域，成为战斗机、导弹、火箭壳体、发动机及精密机械传动齿轮等主承力构件不可替代的材料。在齿轮应用中对超高强度钢的要求主要包括超高强度、高韧性和耐腐蚀等，以满足其减轻结构质量、缩小体积、延长寿命和提供可靠使用的需求。

齿轮在工作过程中会承受各种不同速度，不同大小的载荷，齿轮之间会不断产生相互磨损作用。一旦磨损过大，齿轮啮合有误差，将影响机械系统的正常运行。为确保齿轮的正常工作，需要对齿轮进行离子渗氮，提高表面硬度，满足耐磨性的需求，保证齿轮零件的使用寿命。

离子渗氮是利用稀薄含氮气体产生辉光放电对金属材料表面进行轰击加热和形成氮化物进行强化。对于超高强不锈钢齿轮，其渗氮表面强化有着显著的难点：1)合金元素含量高，具有明显的阻渗效果，难以获得的满意的渗氮层厚度。2)渗氮过程中会产生屏蔽现象，导致齿轮渗氮层不均匀。根据离子辉光放电的原理，在离子渗氮时，阴极工件表面覆盖着辉光放电层。超高强不锈钢齿轮的模数为1，在分度圆以下其齿间距离小于阴极压降层厚度，因此，在分度圆以下的齿间就具有部分的屏蔽现象，使氮原子的扩散受到了抑制，最终使齿轮齿廓渗氮层的分布不均匀。3)常规的检测试样一般为实物或采用直径20mm～25mm,高度8mm～10mm的圆柱形试块。对于超高强不锈钢齿轮，采用实物作为试件，成本高；采用试块作为试样，其结构不能表征齿部实际渗氮效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超高强度不锈钢齿轮离子渗氮方法，通过工装设计保护齿轮零件非渗部位无渗氮层；调节渗氮参数，使得整个齿部轮廓获得满足技术要求的均匀渗氮层及性能；制作齿轮仿形试件，准确表征齿部渗氮层及性能；实现齿轮齿部局部表面强化，使齿部的耐磨性能得到极大提升，从而提升零件的使用寿命。

本发明解决技术的方案是：

S1、根据超高强齿轮零件尺寸形状设计渗氮工装和仿形工装：

渗氮工装为环形结构，保护齿轮非渗氮面，渗氮工装与齿轮之间间隙不超过0.5mm，确保非渗氮面外表面无渗层；

仿形工装齿形与实际产品外形齿轮一致，缺少4-6个完整的齿结构，将缺少的4-6个完整的齿结构作为试件，安装在仿形工装上，与超高强度不锈钢齿轮外形一致，用来模拟超高强度不锈钢齿轮产品渗氮，以表征齿部的渗氮层性能；

S2、将S1中的渗氮工装及仿形工装采用碳氢清洗剂清洗，再使用无水乙醇擦拭；

S3、将S2中的清洁后的渗氮工装及仿形工装进行真空退火热处理：室温装炉，升温速率为8-15℃/min，真空退火温度为550-650℃，保温1-3h后冷却，待炉温到150℃以下出炉；

S4、采用碳氢清洗剂擦拭齿轮零件的外表面及带有的小孔的位置，然后用无水乙醇擦拭，并用无油压缩空气或氮气吹干；

S5、将S4中齿轮零件装卡于渗氮工装内，调节工装使齿部渗氮部位无遮挡；将试件与仿形工装组合，形成试件与仿形工装组合体；