本發(fā)明涉及一種大型挖掘機(jī)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)：
：挖掘機(jī)一般是由電力驅(qū)動，通過電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)做功與減速箱齒輪動力來實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)的工程機(jī)械。隨著我國在道路交通、能源水利、城市建設(shè)等各方面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，大型挖掘機(jī)市場需求量逐年上升，發(fā)展前景強(qiáng)勁。但是大型挖掘機(jī)工作環(huán)境比較復(fù)雜，減速箱內(nèi)齒輪容易受到載荷沖擊與機(jī)械振動的影響而失效。因此，大型挖掘機(jī)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，大型挖掘機(jī)齒輪的原材料常采用18Cr2Ni4WA合金鋼，滲碳淬火方法如圖2所示，將大型挖掘機(jī)齒輪放置在滲碳爐內(nèi)溫度升高920±5℃，進(jìn)行強(qiáng)滲10-12小時(shí)，在同溫度下進(jìn)行擴(kuò)散10-12小時(shí)，在強(qiáng)滲時(shí)碳勢CP控制在1.20±0.05％，而擴(kuò)散時(shí)的碳勢CP為0.85±0.05％，隨后隨爐降至830±5℃保溫1-2小時(shí)后進(jìn)行油淬火，再將齒輪放在回火爐中加熱至160-220℃進(jìn)行低溫回火，保溫時(shí)間為2-3h；然后出爐空冷至室溫。該方法的滲碳溫度低，強(qiáng)滲碳勢高，爐內(nèi)易沉積大量碳黑，導(dǎo)致爐內(nèi)碳勢波動，對碳勢控制造成很大困難。同時(shí)，該方法滲碳時(shí)間長，且處在同一溫度，由于鋼中的Cr、W等碳化物形成元素會與碳形成穩(wěn)定的合金碳化物，吸碳能力強(qiáng)，使?jié)B碳層碳濃度升高，不利于碳元素的擴(kuò)散，滲碳層濃度梯度變陡，易出現(xiàn)大塊狀、網(wǎng)狀碳化物，破壞了基體組織的連續(xù)性，嚴(yán)重影響了滲碳層質(zhì)量，使齒輪在后續(xù)磨削加工過程中易產(chǎn)生磨削裂紋，并使齒輪在周期性接觸應(yīng)力作用下易于疲勞，形成麻點(diǎn)和表層剝落。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種大型挖掘機(jī)齒輪的滲碳淬火方法，能大幅縮短滲碳淬火時(shí)間，獲得高的滲碳速度，節(jié)約能耗，還能消除有害碳化物，獲得彌散分布的細(xì)粒狀碳化物，并提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是：一種大型挖掘機(jī)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，先將齒輪置于滲碳爐內(nèi)加熱至750±10℃，保溫3-4h；⑵、強(qiáng)滲步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至960-980℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在1.30±0.05C％，維持一段滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲；⑶、擴(kuò)散步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至1040-1060℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP為0.90±0.05C％，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1.5倍；⑷、降溫均溫步驟，降低爐溫，齒輪隨爐降溫降至840±10℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，在降溫過程中維持爐內(nèi)碳勢CP在0.90±0.05C％，并保溫2-3h，；⑸、一次淬火步驟，將840±10℃的齒輪進(jìn)行油淬，且淬火油溫度在65-95℃；⑹、等溫球化退火步驟，將第一次淬火后的齒輪在爐內(nèi)加熱至650±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫加熱至720±10℃、保溫3-4h；隨后將齒輪降溫至650±10℃、保溫5-6h；最后齒輪隨爐冷卻至550℃，出爐空冷至室溫；⑺、二次淬火步驟，將經(jīng)過等溫球化退火后的齒輪在爐內(nèi)加熱至760±10℃、保溫3-4h；再將齒輪隨爐升溫至820±10℃、保溫2-3h；然后將在820±10℃的齒輪進(jìn)行油淬，淬火油溫度為65-95℃；⑻、低溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至180-260℃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8-10h。所述的擴(kuò)散步驟中，擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散在12-15h。所述第一次淬火步驟與等溫球化退火步驟之間，以及第二次淬火步驟與低溫回火步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除齒輪零部件表面油漬，清洗時(shí)清洗液的溫度控制在50-60℃。所述強(qiáng)滲步驟、擴(kuò)散步驟以及降溫均溫步驟中，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、擴(kuò)散步驟以及降溫均溫步驟中，所述碳勢通過調(diào)節(jié)滲碳劑流量來控制。所述的低溫回火步驟中，低溫回火的次數(shù)為兩次。所述大型挖掘機(jī)齒輪用鋼材質(zhì)為18Cr2Ni4WA。本發(fā)明將齒輪依次進(jìn)行升溫均溫、強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫均溫、第一次淬火、等溫球化退火以及第二次淬火，由于大幅提高了滲碳溫度，且擴(kuò)散溫度高于強(qiáng)滲溫度，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1.5倍，因碳滲入鋼中的最大速度受碳在奧氏體中擴(kuò)散速度的限制，而這種擴(kuò)散速度與溫度成正比例關(guān)系，因此，本發(fā)明滲碳淬火方法通過高的強(qiáng)滲溫度和強(qiáng)滲碳勢，在較短時(shí)間內(nèi)即在工件表面形成了很高的碳濃度，通過更高的擴(kuò)散溫度和更長的擴(kuò)散時(shí)間，使強(qiáng)滲段的富碳區(qū)的碳逐漸向深層推移，從而獲得高的滲碳速度，縮短熱處理時(shí)間，降低能耗，也能有效的平緩滲碳層的碳濃度梯度，降低齒輪表面滲碳層易出現(xiàn)的大塊狀碳化物，獲得細(xì)粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織，提高齒輪的齒面硬度和耐磨性。本發(fā)明對滲碳后的齒輪進(jìn)行等溫球化退火，使其先在Ac1溫度以上20℃奧氏體化，使碳化物充分溶解，然后在Ac1溫度以下50℃發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變，獲得球化的彌散均勻分布的細(xì)顆粒碳化物，這種彌散分布的細(xì)顆粒碳化物在隨后的淬火過程中，彌散度更趨完善，不僅為最終淬火加熱準(zhǔn)備了大量的結(jié)晶核心，而且可以使淬火加熱奧氏體進(jìn)一步均勻化，能夠明顯細(xì)化淬火組織，顯著提高齒輪淬火后的強(qiáng)度、硬度等綜合性能。本發(fā)明采用了兩次加熱淬火，能有效細(xì)化晶粒，對滲碳溫度提高導(dǎo)致的晶粒長大起到了良好的優(yōu)化作用。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明對大型挖掘機(jī)齒輪的滲碳淬火方法的工藝圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)對大型挖掘機(jī)齒輪的滲碳淬火方法的示意圖。具體實(shí)施方式見圖1所示，本發(fā)明的大型挖掘機(jī)齒輪的滲碳淬火方法，包括如下步驟。⑴、升溫均溫步驟，先將齒輪置于滲碳爐內(nèi)加熱至750±10℃，保溫3-4h。⑵、強(qiáng)滲步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至960-980℃，向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在1.30±0.05C％，碳勢通過調(diào)節(jié)滲碳劑流量來控制，維持一段滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲,本發(fā)明強(qiáng)滲時(shí)的滲碳時(shí)間t強(qiáng)滲可控制在8-10h，通過提高強(qiáng)滲的溫度和強(qiáng)滲碳勢，在較短時(shí)間內(nèi)即在工件表面形成了很高的碳濃度。⑶、擴(kuò)散步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至1040-1060℃，擴(kuò)散升溫速度可控制在150-350℃/h,向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在0.90±0.05C％，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1.5倍，同樣碳勢通過調(diào)節(jié)滲碳劑流量來控制，而擴(kuò)散時(shí)間t擴(kuò)散保持12-15h。本發(fā)明通過更高的擴(kuò)散溫度和長的擴(kuò)散時(shí)間，使強(qiáng)滲段的富碳區(qū)的碳逐漸向深層推移，從而獲得高的滲碳速度，也能有效的平緩滲碳層的碳濃度梯度，降低齒輪表面滲碳層易出現(xiàn)的大塊狀碳化物，獲得細(xì)粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織，提高齒輪的齒面硬度和耐磨性。⑷、降溫均溫步驟，降低爐溫，齒輪隨爐降溫降至840±10℃，降溫速度可控制在120-240℃/h,向滲碳爐內(nèi)通入滲碳劑滲碳，碳勢通過調(diào)節(jié)滲碳劑流量來控制，在降溫過程中維持爐內(nèi)碳勢CP在0.90±0.05C％，保溫2-3h，以保持滲碳層的碳濃度，并通過控制淬火溫度，以獲得高質(zhì)量的滲碳層。⑸、一次淬火步驟，將840±10℃的齒輪進(jìn)行油淬，且淬火油溫度在65-95℃，使奧氏體進(jìn)行轉(zhuǎn)變。⑹、等溫球化退火步驟，將第一次淬火后的齒輪在爐內(nèi)加熱至650±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫加熱至720±10℃、保溫3-4h；隨后將齒輪降溫至650±10℃、保溫5-6h；最后齒輪隨爐冷卻至550℃，出爐空冷至室溫。本發(fā)明對滲碳后的齒輪進(jìn)行等溫球化退火，可使碳化物充分溶解，然后在Ac1溫度以下50℃發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變，獲得球化的彌散均勻分布的細(xì)顆粒碳化物。⑺、二次淬火步驟，將經(jīng)過等溫球化退火后的齒輪在爐內(nèi)加熱至760±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫至820±10℃、保溫2-3h；然后將在820±10℃的齒輪進(jìn)行油淬，淬火油溫度為65-95℃，本發(fā)明通過對等溫球化退火后的齒輪進(jìn)行再次淬火處理，使彌散分布的細(xì)顆粒碳化物在淬火過程中彌散度更趨完善，以使淬火加熱奧氏體進(jìn)一步均勻化，能夠明顯細(xì)化淬火組織，改善齒輪表面的金相組織，顯著提高齒輪淬火后的強(qiáng)度、硬度等綜合性能。⑻、低溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至180-260℃進(jìn)行低溫回火，保溫時(shí)間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。本發(fā)明的低溫回火步驟中，低溫回火的次數(shù)為兩次，通過多次的低溫回火，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)，因此能根據(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)來控制總滲碳時(shí)間t滲碳。本發(fā)明在第一次淬火步驟與等溫球化退火步驟之間，以及第二次淬火步驟與低溫回火步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除齒輪零部件表面油漬，清洗時(shí)清洗液的溫度控制在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)滲步驟及擴(kuò)散步驟中以及降溫均溫步驟所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。本發(fā)明大型挖掘機(jī)齒輪采用鋼材質(zhì)為18Cr2Ni4WA，用本發(fā)明滲碳淬火方法對18Cr2Ni4WA制得的齒輪進(jìn)行滲碳淬火處理，具體滲碳淬火處理實(shí)施例見表1所示。表1采用本發(fā)明的滲碳淬火方法制得的試件，按GB/T228、GB/T229標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，具體數(shù)據(jù)見表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抗拉強(qiáng)度(MPa)145014801420142014501460屈服強(qiáng)度(MPa)950975955960955960斷后伸長率(％)1413.51414.51413.5斷面收縮率(％)585457595757可以看出，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，具有優(yōu)良的表面硬度、耐磨性能和抗過載能力。當(dāng)前第1頁1 2 3