本發(fā)明涉及一種低速重載齒輪的滲碳淬火方法，屬于熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：低速重載齒輪主要應(yīng)用于礦山、冶金等大型設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中，其運(yùn)行工況比較惡劣，傳動(dòng)功率大，扭矩大，傳動(dòng)比大，轉(zhuǎn)速低，減速箱內(nèi)齒輪容易受到載荷沖擊與機(jī)械振動(dòng)的影響而失效。因此，低速重載齒輪不僅承載重，沖擊力強(qiáng)，而且安全性能要求高，使用時(shí)要求有優(yōu)良的表面硬度、耐磨性能和抗過(guò)載能力，既要求齒輪齒面的硬化層深度較深，而且要求齒輪的心部力學(xué)性能良好。目前，低速重載齒輪材料常采用20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA、17Cr2Ni2Mo等合金鋼，因其合金元素含量高，滲碳后表層的碳含量高，因而在滲碳淬火后的工件中會(huì)存在有大量的殘余奧氏體，使工件的表面硬度降低。在淬火后的齒面磨削加工中，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，導(dǎo)致工件報(bào)廢或者在運(yùn)行過(guò)程中失效?，F(xiàn)有低速重載齒輪的傳統(tǒng)滲碳淬火方法見(jiàn)圖2所示，將低速重載齒輪放置在滲碳爐內(nèi)溫度升高930±5℃，進(jìn)行強(qiáng)滲9-10h，在同溫度下進(jìn)行擴(kuò)散9-10h，在強(qiáng)滲時(shí)碳勢(shì)CP控制在1.10±0.03％，而擴(kuò)散時(shí)的碳勢(shì)CP為0.75±0.03％，隨后隨爐降至840±5℃保溫1-2h后進(jìn)行油淬火，再將齒輪放在回火爐中加熱至180-220℃進(jìn)行低溫回火，保溫時(shí)間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。但該方法未能解決齒輪滲碳淬火后表面殘余奧氏體含量偏高的問(wèn)題，齒輪表面硬度偏低，在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)早期的齒面磨損。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，有必要新開(kāi)發(fā)一種大型挖掘機(jī)齒輪的滲碳淬火熱處理方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細(xì)粒狀碳化物，大幅降低表面殘余奧氏體含量，提高齒輪表面硬度和耐磨性，提高方案早產(chǎn)品的熱處理性能的低速重載齒輪的滲碳淬火方法。本發(fā)明為達(dá)到上述的目的的技術(shù)方案是：一種低速重載齒輪的滲碳淬火方法，其特征在于：包括如下步驟，⑴、升溫均溫步驟，將齒輪置于滲碳爐內(nèi)加熱至750±10℃，保溫時(shí)間為2-3h；⑵、強(qiáng)滲步驟，加熱滲碳爐，齒輪隨爐加熱至930±10℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，碳勢(shì)CP控制在1.15±0.05C％，維持一段滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲；⑶、擴(kuò)散步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降至910±10℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，碳勢(shì)CP控制在0.75±0.05C％，維持一段滲碳時(shí)間t擴(kuò)散，且擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散是強(qiáng)滲時(shí)滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲的1.2倍；⑷、降溫步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降溫至800±10℃，保溫時(shí)間為2-3h，出爐空冷至室溫；⑸、高溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至650±10℃，保溫時(shí)間為3-4h；⑹、淬火步驟，再將齒輪加熱至810±10℃，保溫時(shí)間為2-3h，然后進(jìn)行油淬，淬火油溫度為65-95℃；⑺、冷處理步驟，將經(jīng)過(guò)淬火后的齒輪冷卻至-60℃，保溫時(shí)間為0.5-1h，然后升溫至室溫；⑻、低溫回火步驟，最后將齒輪放在回火爐中加熱至180-240℃進(jìn)行低溫回火，保溫時(shí)間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。其中，所述的強(qiáng)滲步驟中的滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲和擴(kuò)散步驟中的擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散之和為總滲碳時(shí)間t滲碳，且總滲碳時(shí)間t滲碳＝(δ/K)2，其中，δ為滲層深度(mm)，K為滲碳溫度系數(shù)。所述強(qiáng)滲步驟中的滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲在10-12h。所述擴(kuò)散步驟中的擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散在12-14.4h。所述的高溫回火步驟中，高溫回火的次數(shù)至少為三次。所述淬火步驟和冷處理步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除零部件表面油漬，清洗液溫度控制在50-60℃。所述的低溫回火步驟中，低溫回火的次數(shù)為兩次。所述的強(qiáng)滲步驟和擴(kuò)散步驟中采用的滲碳劑為甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一種或多種。所述強(qiáng)滲步驟和擴(kuò)散步驟中，碳勢(shì)CP通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳劑流量來(lái)控制。所述低速重載齒輪用鋼材質(zhì)為20Cr2Ni4。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明的低速重載齒輪的滲碳淬火方法相比于傳統(tǒng)的恒溫變碳勢(shì)滲碳淬火方法，該方法采用降溫降碳勢(shì)滲碳淬火方法，將擴(kuò)散滲碳溫度控制在低于強(qiáng)滲溫度，而強(qiáng)滲及擴(kuò)散時(shí)的碳勢(shì)相比于傳統(tǒng)滲碳碳勢(shì)均有降低，通過(guò)降低擴(kuò)散溫度及降低滲碳碳勢(shì)，從而降低滲碳層奧氏體的碳含量，以實(shí)現(xiàn)降低冷卻后的表層殘余奧氏體含量。本發(fā)明擴(kuò)散滲碳時(shí)間與強(qiáng)滲時(shí)間的比值為1.2倍，因此通過(guò)延長(zhǎng)擴(kuò)散滲碳時(shí)間，達(dá)到技術(shù)要求的滲碳層深度及延緩滲碳層碳濃度梯度。2、本發(fā)明采用低于傳統(tǒng)工藝的滲碳出爐空冷溫度，滲碳空冷后的齒輪采用多次的高溫回火，通過(guò)反復(fù)的高溫回火，析出奧氏體中的碳形成碳化物，從而有效降低滲碳層奧氏體中的碳含量，降低齒輪表層中的殘余奧氏體含量。3、本發(fā)明采用低于傳統(tǒng)工藝的淬火溫度，以降低表層殘余奧氏體含量；同時(shí)，通過(guò)淬火后的冷處理，使未完成轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體在低于Mf點(diǎn)的溫度下繼續(xù)完成轉(zhuǎn)變，從而降低齒輪表層的殘余奧氏體含量。4、本發(fā)明采用升溫均溫步驟強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫均溫、高溫回火步驟、淬火步驟、冷處理步驟以及低溫回火步驟，最大限度的降低了齒輪表層的殘余奧氏體含量，有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細(xì)粒狀碳化物，提高了齒面硬度和耐磨性，提高產(chǎn)品的熱處理性能，有效減少了低速重載齒輪在運(yùn)行過(guò)程中的齒面磨損，提高了齒輪的使用壽命。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明對(duì)低速重載齒輪的滲碳淬火方法的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)對(duì)低速重載齒輪的滲碳淬火方法示意圖。具體實(shí)施方式見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明低速重載齒輪的滲碳淬火方法，包括如下步驟，⑴、升溫均溫步驟，將齒輪置于滲碳爐內(nèi)加熱至750±10℃，保溫時(shí)間為2-3h。⑵、強(qiáng)滲步驟，加熱滲碳爐，齒輪隨爐加熱至930±10℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，碳勢(shì)CP控制在1.15±0.05C％，維持一段滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲，碳勢(shì)CP通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳劑流量來(lái)控制，本發(fā)明強(qiáng)滲步驟中的滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲在10-12h，通過(guò)降溫降碳勢(shì)CP，而降低滲碳層奧氏體的碳含量。⑶、擴(kuò)散步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降至910±10℃，碳勢(shì)CP控制在0.75±0.05C％，維持一段滲碳時(shí)間t擴(kuò)散，且擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散是強(qiáng)滲時(shí)滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲的1.2倍，碳勢(shì)CP通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳劑流量來(lái)控制，擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散控制在12-14.4h。本發(fā)明通過(guò)降低擴(kuò)散溫度及降低滲碳碳勢(shì)，達(dá)到降低滲碳層奧氏體的碳含量，從而降低冷卻后的表層殘余奧氏體含量。本發(fā)明通過(guò)延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)于滲碳時(shí)間，達(dá)到技術(shù)要求的滲碳層深度及延緩滲碳層碳濃度梯度。⑷、降溫步驟，降低滲碳爐溫，使齒輪隨爐降溫至800±10℃，保溫時(shí)間為2-3h，出爐空冷至室溫，以提高表層奧氏體的穩(wěn)定性。⑸、高溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中至650±10℃，保溫時(shí)間為3-4h，以析出奧氏體中的碳形成碳化物，本發(fā)明高溫回火的次數(shù)至少為三次，可通過(guò)多次高溫回火，降低齒輪表層中的殘余奧氏體含量。⑹、淬火步驟，再將齒輪加熱至810±10℃，保溫時(shí)間為2-3h，然后進(jìn)行油淬，淬火油溫度為65-95℃，通過(guò)較低的淬火溫度，而以降低表層殘余奧氏體含量。⑺、冷處理步驟，將經(jīng)過(guò)淬火后的齒輪冷卻至-60℃，保溫時(shí)間為0.5-1h，然后升溫至室溫，通過(guò)淬火后的冷處理，使未完成轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體在低于Mf點(diǎn)的溫度下繼續(xù)完成轉(zhuǎn)變，從而降低齒輪表層的殘余奧氏體含量。⑻、低溫回火步驟，最后將齒輪放在回火爐中加熱至180-240℃進(jìn)行低溫回火，保溫時(shí)間為3-4h，然后出爐空冷至室溫，保持淬火工件的高硬度和耐磨性，降低淬火殘留應(yīng)力和脆性。本發(fā)明強(qiáng)滲步驟中的滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲和擴(kuò)散步驟中的擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散之和為總滲碳時(shí)間t滲碳，且總滲碳時(shí)間t滲碳＝(δ/K)2，其中，δ為滲層深度(mm)，K為滲碳溫度系數(shù)，能根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定齒輪的滲層深度以及選擇的滲碳溫度系數(shù)來(lái)控制總滲碳時(shí)間t滲碳。本發(fā)明在淬火步驟和冷處理步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除零部件表面油漬，清洗液溫度控制在50-60℃,而清洗液采用常規(guī)的清洗液，例如煤油等。本發(fā)明在強(qiáng)滲步驟和擴(kuò)散步驟中采用的滲碳劑為甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一種或多種，在多種混合時(shí)，比例不限。本發(fā)明低速重載齒輪采用鋼材質(zhì)為20Cr2Ni4，用本發(fā)明滲碳淬火方法對(duì)20Cr2Ni4制得的齒輪進(jìn)行滲碳淬火處理，具體滲碳淬火實(shí)施例見(jiàn)表1所示。表1采用本發(fā)明的滲碳淬火方法制得樣件，并按TB/T2254-1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示。表2項(xiàng)目實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6殘余奧氏體級(jí)別1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)馬氏體級(jí)別1級(jí)2級(jí)1級(jí)1級(jí)2級(jí)1級(jí)碳化物級(jí)別1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)1級(jí)表面硬度61HRC60.5HRC62HRC61.5HRC61HRC61.5HRC從表2中可以看出，能大幅度降低齒輪表層的殘余奧氏體含量，有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細(xì)粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織提高了齒面硬度和耐磨性。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3