[其他]精鍛齒輪形變化學熱處理復合工藝

無效

• 申請號: 88100178
• 申請日: 1988-01-20
• 公開（公告）號: CN88100178A
• 公開（公告）日: 1988-08-03
• 發明（設計）人: 姜秉元;吳磊;孫愛學
• 申請（專利權）人: 洛陽工學院
• 主分類號: C21D9/32
• 分類號: C21D9/32
• 代理公司: 國家機械工業委員會機械專利事務所
• 代理人: 劉文伯

本發明屬于一種多種復合熱處理工藝，主要用于齒輪生產的精鍛成形和熱處理過程。

齒輪是許多機械裝備重要的基礎件，使用廣，用量大。目前國內外齒輪的生產和制造方法多采用低碳鋼或低碳低合金結構鋼通過機械加工方法成形并高溫長時間滲碳處理，其生產周期長，工藝繁多復雜，生產效率低，并且齒輪生產成本高，使用壽命不盡理想。采用高溫加熱精鍛一次成形，代替復雜的機械加工成形既可減少加工工序，實現少切削或者無切削加工，顯著提高生產效率;又能保證齒輪精度高，齒面能以鍛面直接使用，齒輪強度和使用壽命高于機械加工法。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質鋼，尤其是一些使用條件比較惡劣的齒輪更是如此。齒輪經精鍛成形后，必須多次重新加熱，進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。由于反復多次加熱與冷卻，使齒輪產生較大的變形。造成生產工藝仍為復雜，周期較長，能源消耗大，附助生產設備多。同時，由于多次高溫加熱，齒輪在成形過程中所產生的形變強化效果也完全被破壞和消除，材料內部潛力沒有得到充分利用和挖掘，齒輪使用性能明顯降低，使生產效率的大幅度提高受到嚴重影響，成為機械行業齒輪制造和生產中長期以來始終未能解決的技術難關。

本發明的任務是，采用價格低廉，來源廣泛的中碳鋼和中碳合金結構鋼，利用精鍛成形過程所產生的形變強化，實現與淬火處理并表面化學熱處理等處理多種復合工藝。將精鍛成形技術，形變熱處理和表面化學復合熱處理等工藝有機結合一體，實現齒輪制造工藝的最佳設計及使用性能的最佳配合。

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

本發明的優點是齒輪生產周期大幅度縮短，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，容易實現齒輪由毛坯到裝車使用整個加工處理過程的機械化和一體化，同時熱處理溫度低，時間短，滲層深度大，齒輪變形小，經570℃×3h軟氮化處理，滲層可達0.3～0.45mm，尤其是齒輪的內部組織和性能配合可以實現理想的組合，齒輪的彎曲疲勞強度、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，而其彎曲疲勞強度則可提高20%以上，生產成本可降低50%以上。

本發明的實施例是：采用中碳鋼或中碳低合金鋼（例如45鋼或40Cr鋼），經精鍛成形后淬火，然后復合低溫軟氮化處理。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合處理、切邊與精磨、裝車。具體步驟是：毛坯經加熱到1050℃～1200℃溫度后，將毛坯出爐置入模中一次精鍛成形。由于毛坯在壓力機和模具的綜合作用下，在成形的同時產生很大的塑性變形，使得成形齒輪內部產生大量晶體缺陷，所以在成形后的高溫停留過程中，這些不穩定的晶體缺陷使得齒輪將發生靜態回復與靜態再結晶過程，通過控制停留時間為10～45秒，成形后的齒輪內部組織將充分進行回復過程而不產生靜態再結晶過程，可以形成比較穩定的多邊形位錯組態亞結構，然后置入淬火介質中，達到高溫形變熱處理目的。淬火后經清洗，將齒輪重新置入含有活性碳、氮原子的介質中進行低溫軟氮化處理，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定的多邊形位錯亞結構，這種多邊形亞結構為軟氮化處理的碳氮原子提供了擴散通道。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，形成高于一般調質處理的回火組織。

經復合處理后中碳鋼齒輪的各種機械性能指標為：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;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一步提高。