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重载齿轮热处理工艺的改善

发布时间:2018-07-06 10:44:34  浏览次数:

重载齿轮承载大,受冲击力大,安全性要求高,使用时要求具有优良的耐磨性能,较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,同时具有较高的抗冲击和抗过载能力。重载齿轮常用20CrMnMo等低碳合金结构钢制造,需要通过渗碳淬火热处理来满足其使用性能要求。
  齿轮最简单的渗碳热处理工艺是在渗碳后降温至淬火温度,经保温后直接淬火。采用此方法容易使材料晶粒粗大,脆性较大,工件组织应力大,只能承载强度较小的小模数齿轮。目前生产中20CrMoMn钢零件最常用的工艺是在渗碳后先炉冷到550℃出炉空冷,随后重新入炉加热淬火。由于渗碳后需炉冷到一定温度才能出炉,出炉温度越低对工件表面减少氧化脱碳越有利,而炉温越低,工件降温速度也就越慢;另一方面,由于工件进炉淬火加热时需经过一段建立炉气碳势的时间,才能确保淬火后工件的表面质量。因此目前这种热处理工艺耗费时间较长。
  针对现行齿轮热处理工艺耗能高,生产周期长等问题,上海热处理厂通过技术创新,研发出新的渗碳淬火热处理工艺。该工艺将渗碳、等温及淬火结合在一起,不仅简化了工序,缩短了工艺时间,减低了生产能耗,而且能有效控制重载齿轮渗碳热处理的各项技术指标。
  新工艺的技术要点如下:
  (1)渗碳阶段。优化渗碳中强渗、扩散各阶段的碳势、时间等工艺参数,以较快的渗碳速度达到表面碳浓度、渗碳深度、渗层碳浓度梯度等质量指标。渗碳温度为900℃。
  (2)渗碳炉冷阶段。随着炉温的缓慢降低,渗碳表层逐步析出少量细网渗碳体,冷至低于620℃时,作等温停留,此阶段发生奥氏体向珠光体转变,渗碳表面碳化物将发生部分球化作用,为后续淬火做好组织准备。等温阶段碳化物的球化效果主要取决于表层碳含量,如果表面碳浓度偏高,将会形成粗网或大块状碳化物,则球化效果差,因此必须把表面碳浓度控制在0.85~1.00,这是此渗碳复合热处理技术的控制要点之一。
  (3)淬火加热阶段。此阶段的技术关键是将淬火加热过程分成两段:第一阶段加热温度840~860℃较高,有利于工件心部铁素体的转变。此时,珠光体转变成奥氏体,渗层部分碳化物溶入奥氏体,保证了淬火后马氏体的高硬度和强度,同时保留了适量的未溶碳化物。第二阶段较低的加热温度810~830℃是为了减少淬火应力,同时有利于表面获得高硬度。
  (4)回火阶段。通过200~240℃的低温回火,使淬火马氏体转变为回火马氏体,同时使表面残留奥氏体分解为马氏体。为了使残留奥氏体转变充分,并有利于消除热处理应力,采用两次回火。
  经过多年的实践证明,上述渗碳复合热处理新工艺节能减耗效果明显,可将原渗碳热处理的工艺周期缩短约20,降低能耗至少10,还减少了渗碳剂的消耗,有效降低热处理生产成本;而且工艺重复性较好,质量稳定性较高。

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