[發明專利]一種柔輪材料及熱處理工藝方法

有效

• 申請號: 202011181786.3
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112359187B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 侍威;鄭繼貴;張兆晶;豆永強;徐強
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C21D8/00;C21D1/26;C21D1/28;C21D1/30;C21D1/18;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/46;C22C38/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

一種柔輪材料及熱處理工藝方法，包括如下步驟：準備柔輪材料；依次對柔輪材料進行均勻化退火、多向鍛造、雙重正火、循環等溫退火、快速循環淬火和去應力退火，完成對柔輪材料的熱處理。通過均勻化退火得到均一組織；通過多向鍛打，消除基材宏觀與微觀材料缺陷；通過雙重正火消除鍛打引起的碳化物偏析，細化晶粒；通過循環等溫退火細化碳化物尺寸，實現碳化物球化，提高切削性與材質均勻性；通過快速循環淬火大幅細化晶粒尺寸，實現超晶組織，在不降低材料強度的基礎上，大幅提高材料的韌性，滿足柔輪抗沖擊性與高疲勞性要求；通過去應力退火，消除內應力，提高柔輪加工尺寸的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種柔輪材料及熱處理工藝方法，實現柔輪基材的高強度、高純度、高韌性，滿足高端領域對諧波減速器超長使用壽命需求。

背景技術

柔輪作為諧波減速器中最為薄弱也是最易發生疲勞破壞的零件，其材料及熱處理技術是整個柔輪的核心關鍵技術。目前國內外柔輪普遍采用高品質合金鋼材料(如40CrNiMoA、40Cr等材料)，這類材料存在防腐性與強韌性較差，究其原因在于基材中Ni元素含量較低致使防腐性能較差，缺少Nb、V與Ti等微細化合金元素致使基材難以實現超細晶組織(晶粒度高于12級)。在熱處理工藝方面由于國內外廠商技術保密，鮮有公開的文獻與專利，目前在柔輪熱處理工藝方面，國內廠商普遍采用普通調質(淬火+高溫回火)的工藝，該工藝方法使得基材的晶粒度僅能達到8-9級，難以達到12級，另外基材中碳化物存在偏析、顆粒大小不一致等問題，致使基材的抗疲勞性能大幅下降。尋求一種高純度、高韌性、高強度基材熱處理工藝方法成為制約高品質、長壽命柔輪的核心關鍵技術。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種柔輪材料及熱處理工藝方法，實現柔輪基材的高強度、高純度、高韌性，滿足高端領域對諧波減速器超長使用壽命需求。

本發明的技術解決方案是：一種柔輪材料熱處理工藝方法，包括如下步驟：

準備柔輪材料；

依次對柔輪材料進行均勻化退火、多向鍛造、雙重正火、循環等溫退火、快速循環淬火和去應力退火，完成對柔輪材料的熱處理。

進一步地，所述柔輪材料各化學成分的質量比例分別為，C：0.3～0.38％，Si：≤0.4％，Mn：0.6～0.8％，Ni：1.6～2.0％，Cr：1.3～1.7％，Mo：0.2～0.3％，P：≤0.015％，S：≤0.004％,：Nb：0.02～0.06％,V：0.06～0.10％,Ti：0.01～0.05％,W：0.06～0.10％，H₂≤1ppm，O₂≤20ppm，N₂≤50ppm。

進一步地，所述均勻化退火包括如下步驟：

將柔輪材料加熱至Ac3+(150-300)℃，保溫時間不低于10h，隨爐冷卻至常溫；消除柔輪材料的枝晶組織與直徑大于0.02mm的第二相組織，實現柔輪材料的帶狀偏析比降低至0.5以下。

進一步地，所述多向鍛造包括如下步驟：

任意定義直角坐標系，在直角坐標系X、Y和Z三個方向對柔輪材料循環鍛打，每個方向鍛壓量不低于50％，應變率為0.001～10s-1，執行三次循環；三個循環后待鍛件溫度達到830-850℃，進行油冷。

進一步地，每次循環鍛打前，對柔輪材料進行600-650℃預熱并保溫預設時長；然后將柔輪材料加熱至始鍛溫度1200-1225℃，開始鍛打；鍛打一段時間后，停止加熱，并繼續鍛打，直至溫度降至950-1100℃。

進一步地，所述雙重正火包括第一次正火和第二次正火；第一次正火的溫度為Ac3+100-200℃；第二次正火的溫度為Ac3+40-60℃。

進一步地，所述循環等溫退火包括如下步驟：