一種耐磨釩鈦齒輪及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種齒輪，特別是一種耐磨釩鈦齒輪及其制備方法。
【背景技術】
[0002]大型滲碳齒輪通常采用低碳合金滲碳鋼制造，齒輪毛坯一般需經過鍛坯一預先熱處理一切削加工一滲碳淬火一精加工等多道冷熱加工工序，以獲得較高的表面硬度和良好的心部韌性，使成品齒輪具有耐磨、耐疲勞、耐腐蝕等優良性能，但是，仍存在著硬度不高、耐磨性不強等缺點，導致在一些需要齒輪承受高負荷的地方，齒輪的使用壽命常常不如預期，怎么提高齒輪的工作壽命就成為了提高齒輪行業競爭力的短板，為此，即使犧牲成本來達到高的耐磨性和強的接觸疲勞強度的目的也是有價值的。
【發明內容】
[0003]本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種耐磨釩鈦齒輪，在原有基礎上，通過改變齒輪的化學組成和熱處理工藝，從本質上改變齒輪的耐磨性、抗疲勞強度、硬度等力學性能，達到綜合性能優良，使用壽命更長的目的。
[0004]本發明采用的技術方案如下:一種耐磨釩鈦齒輪，所述耐磨釩鈦齒輪的組分按重量百分比計算(以下％均表示重量百分比)為:碳為0.18-0.33%，鉻為2.3-3.8%，硅為 0.17-0.25%，錳為 0.3-0.5%，鎳為 3.8-4.2%，鎢為 1.0-1.8%，釩為 1.10-2.15%，鈦為1.48-2.57%，銅為 0.21-0.34%，鉬為 1.3-2.1%，稀土為 0.18-0.32%，硼為 0.0018-0.0041%，硫和磷的質量百分比不大于0.035%，余量為鐵及不可避免的雜質。
[0005]基于上述的一種耐磨釩鈦齒輪的制備方法，包括以下步驟:
步驟1、將原料鐵放入轉爐中加熱熔化，待原料鐵全部熔化后，調節熔池溫度，使熔池溫度控制在1550°C左右，然后向熔池中加入脫碳劑，脫硫劑，脫氧劑，對熔池里的鐵水進行脫碳、脫硫、脫氧；
步驟2、脫碳、脫硫、脫氧工序完成后，升溫熔池溫度，使之達到160(TC左右，保持5min，然后向熔池中，連續加入高碳鉻鐵、錳鐵、銅鐵、鉬鐵和鎳粒，使熔池中的鉻含量、錳含量、銅含量、鉬含量和鎳含量達到預定要求，調節溫度，使溫度控制在1600°C左右，保持1min ;
步驟3、待步驟3結束后，再向熔池中加入原料鉬鐵、釩鐵、鈦鐵和鈮鐵，并且繼續加入脫碳劑進行脫碳，待鐵熔化完后，升高熔池溫度，使溫度控制在170(TC，保持5min，加入脫氫劑，脫氮劑，脫碳劑，脫硫劑，脫氧劑，此時對合金成分進行微調，使之達到預定成分要求，繼續脫碳，控制碳的含量；
步驟4、待碳含量達到0.18%~0.33%時，向熔池中加入硅鐵和鋁還原熔池中的金屬鉻，并控制硅和鋁的含量，使之達到預定成分要求，真空保溫15min，冶煉結束，最后向鋼包中加入指定量的稀土和硼；
步驟5、冶煉過后的鋼包經澆鑄成型，鍛造加工后，通過車床加工成齒輪。
[0006]進一步，所述耐磨釩鈦齒輪的熱處理工藝包括以下步驟: 步驟1、預熱處理:將加工好的齒輪放入加熱爐中預熱，加熱溫度到350°C，并保溫lh，升溫速率不大于20°C /s，然后再加熱到650°C，保溫l~2h，升溫速率不大于30°C /s ;
步驟2、等溫退火處理:將預熱好的齒輪升溫至900°C，升溫速率控制在70°C /min，保溫40min，然后水冷至650°C，保溫4h，然后再空冷至室溫；
步驟3、第一次淬火:等溫退火處理完成后，將齒輪的齒部置于鹽爐中加熱到900°C，升溫速率大于100°C /s，保溫lmin，然后預冷到820°C，再油冷至190~210°C，保溫30min，最后空冷至室溫；
步驟4、第一次回火:第一次淬火完成后，將齒輪加熱到200~210°C回火，保溫lh，再空冷至室溫；
步驟5、滲碳處理:將第一次回火處理后的齒輪放入滲碳爐中，加熱至920°C，對齒輪的齒尖進行滲碳處理，滲碳速度保持在0.2-0.22mm/h，滲碳深度達到1.0-1.2mm，齒尖表面含碳量達到0.8-1.0%，滲碳達到預定要求后，空冷至室溫；
步驟6、高溫回火:將滲碳處理后的齒輪加熱到500~550°C高溫回火，保溫20min，空冷至室溫；
步驟7、第二次淬火:待第一次回火完成后，用高頻淬火感應線圈對齒輪的齒根進行局部加熱，加熱溫度到930~950°C，加熱時間為1.5~2s，保溫lmin，然后于480~500°C的淬火油中油冷至480~500°C，再于230~250°C的淬火油中油冷至230~250°C，最后再水冷至室溫；步驟8、第二次回火:待第二次淬火完成后，將齒輪加熱到180~200°C回火，保溫4h，然后空冷至室溫。
[0007]進一步，所述耐磨釩鈦齒輪熱處理完后，還需進行噴丸處理。
[0008]—種耐磨釩鈦齒輪的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟:
步驟1、將原料鐵放入轉爐中加熱熔化，待原料鐵全部熔化后，調節熔池溫度，使熔池溫度控制在1550°C左右，然后向熔池中加入脫碳劑，脫硫劑，脫氧劑，對熔池里的鐵水進行脫碳、脫硫、脫氧；
步驟2、脫碳、脫硫、脫氧工序完成后，升溫熔池溫度，使之達到160(TC左右，保持5min，然后向熔池中，連續加入高碳鉻鐵、錳鐵、銅鐵、鉬鐵和鎳粒，使熔池中的鉻含量、錳含量、銅含量、鉬含量和鎳含量達到預定要求，調節溫度，使溫度控制在1600°C左右，保持1min ;
步驟3、待步驟3結束后，再向熔池中加入原料鉬鐵、釩鐵、鈦鐵和鈮鐵，并且繼續加入脫碳劑進行脫碳，待鐵熔化完后，升高熔池溫度，使溫度控制在170(TC，保持5min，加入脫氫劑，脫氮劑，脫碳劑，脫硫劑，脫氧劑，此時對合金成分進行微調，使之達到預定成分要求，繼續脫碳，控制碳的含量；
步驟4、待碳含量達到0.18%~0.33%時，向熔池中加入硅鐵和鋁還原熔池中的金屬鉻，并控制硅和鋁的含量，使之達到預定成分要求，真空保溫15min，冶煉結束，最后向鋼包中加入指定量的稀土和硼；
步驟5、冶煉過后的鋼包經澆鑄成型，鍛造加工后，通過車床加工成齒輪。
[0009]進一步，其熱處理工藝為:
步驟1、預熱處理:將加工好的齒輪放入加熱爐中預熱，加熱溫度到350°C，并保溫lh，升溫速率不大于20°C /s，然后再加熱到650°C，保溫l~2h，升溫速率不大于30°C /s ;
步驟2、等溫退火處理:將預熱好的齒輪升溫至900°C，升溫速率控制在70°C /min，保溫40min，然后水冷至650°C，保溫4h，然后再空冷至室溫；
步驟3、第一次淬火:等溫退火處理完成后，將齒輪的齒部置于鹽爐中加熱到900°C，升溫速率大于100°C /s，保溫lmin，然后預冷到820°C，再油冷至190~210°C，保溫30min，最后空冷至室溫；
步驟4、第一次回火:第一次淬火完成后，將齒輪加熱到200~210°C回火，保溫lh，再空冷至室溫；
步驟5、滲碳處理:將第一次回火處理后的齒輪放入滲碳爐中，加熱至920°C，對齒輪的齒尖進行滲碳處理，滲碳速度保持在0.2-0.22mm/h，滲碳深度達到1.0-1.2mm，齒尖表面含碳量達到0.8-1.0%，滲碳達到預定要求后，空冷至室溫；
步驟6、高溫回火:將滲碳處理后的齒輪加熱到500~550°C高溫回火，保溫20min，空冷至室溫；
步驟7、第二次淬火:待第一次回火完成后，用高頻淬火感應線圈對齒輪的齒根進行局部加熱，加熱溫度到930~950°C，加熱時間為1.5~2s，保溫lmin，然后于480~500°C的淬火油中油冷至480~500°C，再于230~250°C的淬火油中油冷至230~250°C，最后再水冷至室溫；步驟8、第二次回火:待第二次淬火完成后，將齒輪加熱到180~200°C回火，保溫4h，然后空冷至室溫。
[0010]進一步，所述耐磨釩鈦齒輪熱處理完后，還需進行噴丸處理。
[0011]基于上述的一種耐磨釩鈦齒輪的制備方法制得的耐磨釩鈦齒輪，其組分按重量百