一種時效硬化型滲氮齒輪鋼的熱處理方法
【專利摘要】本發明涉及一種時效硬化型滲氮齒輪鋼的熱處理方法，屬于材料及熱處理領域，所述時效硬化型滲氮齒輪鋼化學成分質量配比為C 0.10％～0.25％、Cr 0.3％～1.0％、Ni 3.0％～4.0％、Mn 1.0％～2.0％、Si 0.2％～0.5％、Al 0.5％～1.5％、Mo 0.2％～0.6％、V 0.1％～0.3％、P≤0.030％、S≤0.030％、余量為Fe和其他殘留元素及不可避免雜質，其特征是化學成分中Ni/Al含量比值為2.5～3.5，CrMoV總含量為1.0～1.5％；所述熱處理方法包括齒輪粗車后固溶處理，半精車和粗滾(剃)齒后去應力退火以及精滾(剃)齒或粗磨齒后滲氮處理.本發明提供用于制造高速重載精密齒輪的新鋼種和取代常規滲碳淬火的滲氮方法，齒輪表面硬度900?1000HV，齒面下0.4mm處硬度大于600HV，心部硬度38?45HRC，省去淬火工序，工藝簡單，齒輪變形小，質量穩定，廢品率低，大大提高生產效率。
【專利說明】一種時效硬化型滲氮齒輪鋼的熱處理方法
[0001]本發明屬于材料及熱處理領域，是一種用于制造滲氮齒輪的時效硬化鋼的熱處理方法，采用空冷固溶處理和滲氮處理，可以達到滲碳齒輪的使用性能。
[0002]齒輪的使用性能和可靠性靠齒輪材料和熱處理質量保證，對于要求高速、連續運行安全可靠性高的大中型齒輪，常用12CrNi3、12Cr2Ni4鋼等材料制造，并采用滲碳淬火工藝。這類材料齒輪需經多次滲碳和多次淬火回火，造成齒輪變形很大，工藝復雜，質量不穩定，廢品率高，生產周期長。
[0003]本發明涉及一種省去滲碳淬火，采用滲氮處理方法制造齒輪的時效硬化鋼的熱處理方法。這種時效硬化鋼的化學成分質量配比為C 0.10%?0.25%、Cr 0.3%?1.0%、Ni3.0?4.0%、Μη 1.0%?2.0%、Si 0.2%?0.5%、Α1 0.5%?1.5%、Μο 0.2%?0.6%、V
0.1 %?0.3%、P< 0.030%、S < 0.030%，余量為Fe和其他殘留元素及不可避免雜質，必須保證鎳鋁適量共存，確保Ni/Al含量比值為2.5?3.5，實現時效硬化作用，保證一定量的鉻鉬釩共存，確保CrMoV總含量為1.0?1.5%，實現滲氮強化作用。
[0004]本發明實現材料和工藝的統一，時效硬化鋼采用固溶處理和滲氮處理結合，實現齒輪表面強化(900?1000HV)和同時齒輪心部強化(38?45HRC)，而常規調質鋼滲氮硬度只能達到28?36HRC，固溶處理后硬度較低(28?33HRC)，適于切削加工。時效硬化鋼空冷固溶處理、去應力退火和滲氮處理結合的工藝方案，實現了齒輪熱處理的低應力和均勻化，大大減少了畸變，穩定質量。本發明的目的在于省去高溫滲碳和油淬，而代之以空冷固溶處理和低溫滲氮。固溶處理采用840?900°C 2?4h空冷，硬度為28?33HRC，適宜于切削加工，工序間400?450°C 5?1h去應力退火，有利于減少加工應力，而采用500?550°C 30?10h進行一次至四次改變滲氮溫度，每次保溫時間相應改變(10?40h)的變溫滲氮處理可確保齒輪表面和心部綜合強化，實現滲氮次表層的強化。
[0005]本發明的滲氮方法不同于常規調質鋼滲氮方法的特點，在于時效硬化鋼在固溶狀態下同時進行滲氮硬化和時效硬化，必須根據滲氮次表層強化的要求不同，控制不同階段以時效硬化為主還是以滲氮硬化為主，或者是滲氮硬化和時效硬化同時進行，選擇變溫和變時控制硬化過程和擴散過程，因此變溫滲氮是時效硬化鋼滲氮的新方法，可使齒輪表面和心部同時得到強化。
[0006]齒輪的工作條件是在接觸應力下承受疲勞載荷，齒面要耐磨和齒面下承受剪切應力，以及齒根承受的疲勞彎曲應力，因此，實現以滲氮處理代替滲碳處理，工藝的核心不僅齒輪表面要耐磨，關鍵是齒面下能承受剪切應力，因此要求表面高硬度(> 900HV)，齒面下高剪切強度，一定的滲氮層深是必要的，僅深層滲氮不能滿足齒輪的全部要求，必須實現深層硬化，要保證齒面下0.4mm處硬度大于600HV，這是本發明滲氮工藝的關鍵，而普通滲氮齒輪齒面下0.4mm處硬度只能達到400?500HV。本發明采用變溫滲氮處理在于強化滲氮次表層，只有在時效硬化鋼和變溫滲氮工藝正確結合情況下，才會達到上述指標(0.4mm處硬度大于600HV)。
[0007]本發明可省去滲碳淬火采用空冷固溶處理，根本上杜絕了齒輪變形，采用滲氮處理達到齒輪表面硬化而心部同時經過時效硬化，確保齒輪的使用性能和精度。
[0008]采用本發明制造齒輪，可以大大簡化工藝和提高生產效率，根本上解決齒輪變形，質量穩定，廢品率很低。本發明也適用于制造壓鑄模具和塑料模具。
【主權項】
1.一種時效硬化型滲氮齒輪鋼的熱處理方法，所述滲氮齒輪鋼化學成分質量配比為C0.10% ?0.25%、Cr 0.3% ?1.0%、Ni 3.0% ?4.0%、Μη 1.0% ?2.0%、Si 0.2%?0.5%、Α1 0.5%?1.5%、Μο 0.2%?0.6%、V 0.1%?0.3%、P < 0.030%、S < 0.030%、余量為Fe和其他殘留元素及不可避免雜質，其特征是化學成分中Ni/Al含量比值為2.5?3.5，CrMoV總含量為1.0?1.5 % ;所述熱處理方法包括固溶處理、去應力退火和滲氮處理。2.按權利要求1所述熱處理方法，其特征在于齒輪粗車后進行固溶處理:840?900°C保溫2?4小時空冷，硬度28?33HRC。3.按權利要求1所述熱處理方法，其特征在于齒輪半精車和粗滾(剃)齒后去應力退火:400?450°C保溫5?10小時爐冷。4.按權利要求1所述熱處理方法，其特征在于齒輪精滾(剃)齒或粗磨齒后滲氮處理:變溫離子滲氮或氣體滲氮，500?550 °C保溫30?100小時，齒輪表面硬度900?1000HV，齒輪表面下0.4mm處硬度大于600HV，心部硬度38?45HRC，滲層深度0.5?1.0mm。
【文檔編號】C23C8/38GK105861936SQ201610322106
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】杜樹芳, 杜威
【申請人】杜樹芳