[其他]精鍛齒輪形變化學(xué)熱處理復(fù)合工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 88100178
• 申請日: 1988-01-20
• 公開（公告）號: CN88100178A
• 公開（公告）日: 1988-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜秉元;吳磊;孫愛學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 洛陽工學(xué)院
• 主分類號: C21D9/32
• 分類號: C21D9/32
• 代理公司: 國家機(jī)械工業(yè)委員會機(jī)械專利事務(wù)所
• 代理人: 劉文伯

本發(fā)明屬于一種多種復(fù)合熱處理工藝，主要用于齒輪生產(chǎn)的精鍛成形和熱處理過程。

齒輪是許多機(jī)械裝備重要的基礎(chǔ)件，使用廣，用量大。目前國內(nèi)外齒輪的生產(chǎn)和制造方法多采用低碳鋼或低碳低合金結(jié)構(gòu)鋼通過機(jī)械加工方法成形并高溫長時間滲碳處理，其生產(chǎn)周期長，工藝繁多復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，并且齒輪生產(chǎn)成本高，使用壽命不盡理想。采用高溫加熱精鍛一次成形，代替復(fù)雜的機(jī)械加工成形既可減少加工工序，實現(xiàn)少切削或者無切削加工，顯著提高生產(chǎn)效率;又能保證齒輪精度高，齒面能以鍛面直接使用，齒輪強(qiáng)度和使用壽命高于機(jī)械加工法。但是，精鍛齒輪所使用的材料主要限于低碳鋼或低碳合金優(yōu)質(zhì)鋼，尤其是一些使用條件比較惡劣的齒輪更是如此。齒輪經(jīng)精鍛成形后，必須多次重新加熱，進(jìn)行長時間的高溫滲碳處理以及滲碳后的淬火和低溫回火等工藝。由于反復(fù)多次加熱與冷卻，使齒輪產(chǎn)生較大的變形。造成生產(chǎn)工藝仍為復(fù)雜，周期較長，能源消耗大，附助生產(chǎn)設(shè)備多。同時，由于多次高溫加熱，齒輪在成形過程中所產(chǎn)生的形變強(qiáng)化效果也完全被破壞和消除，材料內(nèi)部潛力沒有得到充分利用和挖掘，齒輪使用性能明顯降低，使生產(chǎn)效率的大幅度提高受到嚴(yán)重影響，成為機(jī)械行業(yè)齒輪制造和生產(chǎn)中長期以來始終未能解決的技術(shù)難關(guān)。

本發(fā)明的任務(wù)是，采用價格低廉，來源廣泛的中碳鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，利用精鍛成形過程所產(chǎn)生的形變強(qiáng)化，實現(xiàn)與淬火處理并表面化學(xué)熱處理等處理多種復(fù)合工藝。將精鍛成形技術(shù)，形變熱處理和表面化學(xué)復(fù)合熱處理等工藝有機(jī)結(jié)合一體，實現(xiàn)齒輪制造工藝的最佳設(shè)計及使用性能的最佳配合。

實現(xiàn)上述任務(wù)的原理是齒輪經(jīng)高溫形變成形后，利用精鍛后余熱進(jìn)行淬火，通過控制淬火前的高溫停留時間，實現(xiàn)材料內(nèi)部組織為理想的顯微組織和位錯亞結(jié)構(gòu)，而這種組織和亞結(jié)構(gòu)又能被淬火組織所繼承，并且穩(wěn)定存在，以達(dá)到高溫形變熱處理的目的。然后復(fù)合低溫表面化學(xué)熱處理，由于形變亞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定存在，為化學(xué)熱處理過程中其它元素原子的擴(kuò)散和滲入提供了良好的擴(kuò)散通道，促進(jìn)了表面化學(xué)熱處理過程，縮短了化學(xué)熱處理時間，使齒輪表面產(chǎn)生了表面強(qiáng)化，而心部又在化學(xué)熱處理的同時進(jìn)行了高溫回火處理工藝，得到使用性能為強(qiáng)韌性配合良好的調(diào)質(zhì)處理組織。實現(xiàn)齒輪生產(chǎn)通過精鍛一次成形與形變的復(fù)合，形變強(qiáng)化與淬火相變強(qiáng)化的復(fù)合，形變淬火強(qiáng)化與表面化學(xué)熱處理的復(fù)合，化學(xué)熱處理與回火的復(fù)合等多種復(fù)合工藝，從而實現(xiàn)齒輪的成形與處理工藝溶為一體的工藝設(shè)計。

本發(fā)明的優(yōu)點是齒輪生產(chǎn)周期大幅度縮短，工序顯著減少，工藝簡單，操作方便，能源損耗低，材料來源廣且價格低廉，容易實現(xiàn)齒輪由毛坯到裝車使用整個加工處理過程的機(jī)械化和一體化，同時熱處理溫度低，時間短，滲層深度大，齒輪變形小，經(jīng)570℃×3h軟氮化處理，滲層可達(dá)0.3～0.45mm，尤其是齒輪的內(nèi)部組織和性能配合可以實現(xiàn)理想的組合，齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度、抗接觸疲勞和抗磨損的能力都大幅度提高。與20CrMnTi或25MnTiBE等滲碳并淬火齒輪相比，其抗接觸疲勞和抗磨損的能力相當(dāng)，而其彎曲疲勞強(qiáng)度則可提高20%以上，生產(chǎn)成本可降低50%以上。

本發(fā)明的實施例是：采用中碳鋼或中碳低合金鋼（例如45鋼或40Cr鋼），經(jīng)精鍛成形后淬火，然后復(fù)合低溫軟氮化處理。工藝流程為：毛坯、加熱并精鍛成形、高溫停留10秒～45秒（溫度高于860℃）淬火、清洗、低溫軟氮化并回火復(fù)合處理、切邊與精磨、裝車。具體步驟是：毛坯經(jīng)加熱到1050℃～1200℃溫度后，將毛坯出爐置入模中一次精鍛成形。由于毛坯在壓力機(jī)和模具的綜合作用下，在成形的同時產(chǎn)生很大的塑性變形，使得成形齒輪內(nèi)部產(chǎn)生大量晶體缺陷，所以在成形后的高溫停留過程中，這些不穩(wěn)定的晶體缺陷使得齒輪將發(fā)生靜態(tài)回復(fù)與靜態(tài)再結(jié)晶過程，通過控制停留時間為10～45秒，成形后的齒輪內(nèi)部組織將充分進(jìn)行回復(fù)過程而不產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶過程，可以形成比較穩(wěn)定的多邊形位錯組態(tài)亞結(jié)構(gòu)，然后置入淬火介質(zhì)中，達(dá)到高溫形變熱處理目的。淬火后經(jīng)清洗，將齒輪重新置入含有活性碳、氮原子的介質(zhì)中進(jìn)行低溫軟氮化處理，用氣體軟氮化或液體軟氮化，也可以采用離子軟氮化。在沒有專用設(shè)備條件下，可采用液體軟氮化鹽溶處理，將齒輪置入（NH₂）₂CO和Na₂CO₃為1∶1的鹽浴中處理。由于成形后淬火前的高溫停留形成了穩(wěn)定的多邊形位錯亞結(jié)構(gòu)，這種多邊形亞結(jié)構(gòu)為軟氮化處理的碳氮原子提供了擴(kuò)散通道。所以，軟氮化（570±10℃）×（2-3h）而滲層深度則明顯提高，可以獲得0.3～0.45mm層深的表面硬化層，比一般軟氮化處理增加一倍，而心部又可以得到充分回火，形成高于一般調(diào)質(zhì)處理的回火組織。

經(jīng)復(fù)合處理后中碳鋼齒輪的各種機(jī)械性能指標(biāo)為：彎曲疲勞極限≥466.5MPa;接觸疲勞極限≥2000.0MPa;滑動磨損失重量≤1.36mg/8×10⁵轉(zhuǎn);表面硬度≥Hv_0.1900;硬化層深度≥0.30mm;心部基體硬度≥Hv_0.1500。對于受高載荷和工況惡劣的齒輪，復(fù)合處理后加一道表面淬火工序，可以使齒輪磨損性能和抗接觸疲勞性能進(jìn)一步提高。