[發明專利]一種齒輪鋼20CrMnTiH等溫正火處理方法

有效

• 申請號: 201610875008.1
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106350648B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 王猛;崔京玉;羅志俊;王麗萍;王立峰;李舒笳;佟倩;王曉晨;楊子森;孔祥濤
• 申請（專利權）人: 首鋼總公司
• 主分類號: C21D1/28
• 分類號: C21D1/28;C21D11/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于材料熱處理領域，特別是涉及一種齒輪鋼20CrMnTi等溫正處理方法，通過此項熱處理工藝處理后，齒輪鋼毛坯零件的的組織和硬度得到優化，非常適合用于切屑加工，為后續零件的精加工和熱處理提供組織性能保證。

背景技術

汽車生產中，齒輪是必不可少的基本零件。齒輪尤其后橋齒輪變速箱齒輪的質量較低時，會出現裝配困難、噪音大及齒面磨損問題。滲碳淬火變形是影響總成質量的原因之一。在影響變形因素中，往往集中在滲碳淬火方面，容易忽視鍛坯預先熱處理對變形的影響。汽車齒輪、傳動軸等這類鋼材是汽車用合金結構鋼中使用最廣、用量最大的鋼種之一。目前，各國標準中滲碳鋼鋼號比較多，汽車齒輪采用的主要是低碳合金鋼，其中cr鋼、Mn鋼和Mo鋼用于小尺寸齒輪，Ni鋼、Cr-Mn鋼、Cr-Mo鋼，Mn-Mo鋼和Cr-Ni-Mo鋼用于尺寸較大的零件。這類產品都需要鍛造、預先熱處理、切削加工、滲碳、淬火、回火等多道冷熱加工工序，獲得高表面硬度和好的韌性，使工件耐磨、耐疲勞和耐點蝕。

國內對滲碳鋼齒坯采用正火處理，將鋼材或鋼件加熱到臨界點Ac3或Acm以上的適當溫度，保持一定時間后再空冷，得到珠光體類組織。正火是一種傳統的工藝，設備、工藝要求簡單，能耗少。不同應用領域，對于材料最終性能要求不同，其等溫正火的工藝也會有所不同。例如再CN101487077A中公開了一種風力發電機用齒輪等溫正火方法，其最終得到產品硬度為173HBW，晶粒度為7。隨著汽車工業的發展，特別是引進車型用鋼材料的多樣化，普通的正火處理已達不到齒坯預先熱處理的目的。齒輪鋼正火需要獲得比較合適的硬度，一般在150-160HB范圍內，過高的硬度容易導致加工困難，甚至出現燒刀，而過低的硬度，容易導致切削的料削粘刀。現行的ZBT4001—88汽車滲碳齒輪金相標準是按鍛后奧氏體化正火工藝提出的，要求晶粒度小于5級，實際上目前普遍存在零件切削后表面光潔度差，刀具壽命低，變形波動較大等問題，這些問題與正火顯微組織不良，硬度不佳有密切的關系。所以，普通正火處理難以滿足要求。不僅要求硬度在一個較窄的范圍之內(鋼件切削加工時易斷屑，表面光潔)，而且要求獲得穩定組織(粗鐵素體加細珠光體)，以改善加工性能及淬火后變形規律。為了滿足要求，需對正火工藝改進，以獲得正火所要求的顯微組織和硬度范圍。

等溫正火是指合金鋼件經奧氏體化后直接進入等溫爐或隨爐冷至等溫溫度保持一定時間使其完成珠光體相變而后出爐空冷的工藝過程，適合于相變溫度范圍窄的中高碳合金鋼種。70年代前無等溫正火這個名詞，80年代以來出現。合金滲碳齒輪鋼鍛件的等溫處理稱為等溫正火。齒坯采用等溫正火，能對相變進行控制，使相變在等溫溫度下進行，等溫正火能夠有效地控制帶狀組織、馬氏體、殘奧等組織。

汽車齒輪毛坯其正火工藝一般為930℃奧氏體化，用50min將鋼件均勻冷至550℃，再用100min將鋼件均勻冷至250℃后空冷，控制較為困難，而且工藝一般不穩定。例如在中國專利CN101429587A中公開了一種轎車差速器齒輪等溫正火處理，其僅僅在氮氣風冷條件下將鍛件降溫到600－720攝氏度，并且沒有限冷卻速度、氮氣溫度、氮氣速度等條件，造成其最終材料性能不穩定，硬度不均勻，合格率低。通常為使鍛造余熱等溫正火獲得最佳效果，必須控制三個主要參數，即等溫前冷卻速度，等溫溫度及等溫保持時間。等溫前的冷卻速率要保證冷卻的均勻性和合理性，既保證獲得合理的齒輪鋼零件坯料的組織、硬度，又要保證冷卻均勻。等溫溫度決定組織中珠光體的片層形態，進而影響最終的性能，等溫時間保證珠光體轉變的完整性，防止出現殘奧在后期冷卻中出現馬氏體組織。

本發明基于對齒輪鋼20CrMnTiH長期的熱處理和用戶使用反饋的基礎上，深入分析了等溫正火工藝對齒坯組織性能，尤其是切削性能、淬火變形規律的影響，最終提出了暖風冷卻、分區等溫正火的技術思路，非常適合于熱處理企業推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種齒輪鋼20CrMnTiH等溫正火處理方法，解決了現有技術中的上述不足，適用于材料熱處理行業，優化加工后的齒輪鋼毛坯零件的組織性能。經過本發明工藝處理的齒坯的硬度可以達到165-180HB，珠光體片層間距控制在0.18-0.24μm，帶狀組織控制在1-1.5級，切削性能良好，淬火后變形能夠穩定控制，不合格率基本為零。其工藝步驟如下：