專利名稱：齒圈氮氣保護連續式正火工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種正火工藝，尤其是一種用于齒圈的氮氣保護氣氛下的正火工藝。
背景技術：
根據GB7232及GB/T16923的定義，鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac3或
Accm線以上，保溫一段時間，然后進行空冷。由于冷卻速度較快，與退火組織相比，組織中
的珠光體量相對較多，且片層較細密，故性能有所改善，細化晶粒，改善組織，并消除了殘余
應力。對低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對于高碳
鋼，正火則可以消除網狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準備。 齒圈用碳素結構鋼(如S45C、 S48C)屬于中碳鋼，在軋制、彎曲和焊接的過程中會
出現一些不穩定組織和內應力，正火的主要目的是為了使內部組織正常化、硬度正常化以
及消除內應力，為后續工序中的高頻淬火和回火做好準備，同時改善切削加工性能，并提高
材料的綜合力學性能。 正火熱處理主要包括普通正火、二段正火及等溫正火三種方式，目前齒輪制造行 業普遍采用的是等溫正火工藝，雖然能夠有效地改善材料的內部組織，但實際生產中，工件 表面會產生氧化脫碳現象，為了去除工件表面的氧化皮，在正火后必須進行表面處理，既增 加了生產成本，又延長了生產周期，而且污染環境，齒坯在正火過程中產生氧化脫碳的主要 原因是在普通等溫正火爐的加熱和保溫過程中，齒坯始終暴露在空氣中，由于溫度高、時間 長，齒坯表面在沒有保護措施的情況下，加速了氧化過程。 等溫正火后續工序中包括等溫處理過程和水冷過程，等溫處理是將工件快冷至珠 光體轉換區某一溫度然后保溫，以獲得珠光體組織，但對于齒圈行業來說，由于齒圈形狀比 較特殊，尺寸大，但截面積小，因此較易獲得穩定均勻的珠光體組織，且加熱時間過長會產 生較大變形，故可以省去等溫和水冷過程。 另外現有的正火工藝中一般采用單純的風冷方式降溫，對于中碳鋼來說，由于溫 度下降速度較慢，不利于材料內部組織的細化和改善，較容易出現不穩定組織，影響后續的 生產工序，產生不良品。

發明內容
本發明的目的在于克服現有的齒圈正火工藝中易發生氧化脫碳現象，導致齒坯表 面產生氧化層的缺陷，提出了一種齒圈氮氣保護連續式正火工藝。 本發明是采用以下的技術方案實現的一種齒圈氮氣保護連續式正火工藝，該工 藝包括以下步驟(l)通過加熱保溫系統對爐膛進行加熱升溫，當爐膛內的加熱區和保溫 區的溫度升至設定溫度并保持恒定后，氮氣站向爐膛內通入高純度氮氣，將爐內空氣排出； (2)啟動電機，使電機驅動輸送帶傳動，將齒坯放置在輸送帶上，齒坯在輸送帶的帶動下進入爐膛內的加熱區，使齒坯的溫度在8-12min內由常溫迅速上升至400°C ，然后使齒坯的溫 度在12-18min內繼續上升至AC3+(40-50) °C ;(3)在輸送帶的傳送下，工件繼續進入保溫 區，工件在保溫區內保溫36-45min，工件的溫度保持為AC3+(40-50) °C ; (4)工件隨輸送帶 繼續進入氮氣冷卻區，氮氣站向氮氣冷卻區內噴入高壓低溫氮氣，高壓低溫氮氣對工件進 行快速冷卻，使工件的溫度在lOmin內降至500-550°C; (5)工件隨輸送帶離開爐膛，通過風 機使其冷卻至常溫，齒圈正火工藝完成。 本發明中，所述的輸送帶與電機連接，電機可以采用變頻調速電機，實現了無機變 速；所述的輸送帶采用網帶輸送帶。在電機的驅動下，輸送帶將齒坯依次傳送至爐膛內的加 熱區、保溫區和氮氣冷卻區，完成了正火工藝。 所述的爐膛內的加熱區和保溫區內通入高純氮氣后，爐內壓力保持在 0. 15-0. 2MPa之間。另外工件的降溫采用高壓低溫氮氣進行初步快速冷卻，因此正火工藝的 加熱、保溫和冷卻的過程都是在氮氣保護氣氛中完成的，有效地抑制了齒坯表面氧化脫碳 現象的發生。 所述的爐膛進口處設有進口密封部，防止外界空氣進入爐膛中，以及內部氮氣的
溢出，確保齒圈正火處理過程中無氧化無脫碳，并降低了氮氣的消耗量。 本發明的有益效果是在正火熱處理的加熱和保溫過程中，向爐膛內通入高純度
氮氣，以達到隔離和排空爐膛內氧氣的目的，抑制材料表面的氧化脫碳，并且在工件出爐
前，利用出口處的氮氣冷卻區快速冷卻，有利于材料內部組織的細化和完善，獲得良好的工
藝性和機械性能指標；其次，由于正火后齒坯表面無氧化皮，正火爐中可以不設置排氣除塵
系統，簡化了設備結構，也減少了對環境的污染；另外，與現有等溫正火處理方法相比，該工
藝省去了水冷和等溫過程，并實現了連續生產，有效縮短了正火時間，提高生產效率，實現
了節能減排。
具體實施例方式
本發明主要用于齒圈用中碳鋼的正火工藝，該工藝是在氮氣保護連續式正火爐生 產線上進行的，在正火爐的整個加熱和保溫過程中，向爐膛內通入高純度氮氣，達到了隔離 外界空氣和排空爐膛內氧氣的目的，抑制材料表面的氧化脫碳過程，并且在工件出爐前，利 用出口處的高壓低溫氮氣使材料在10min內快速冷卻至55(TC以下，有利于材料內部組織 的細化和完善，獲得良好的工藝性和機械性能指標。 上述齒圈氮氣保護連續式正火工藝包括以下步驟第一步所述的爐膛內從入 口至出口方向依次設有加熱區、保溫區和氮氣冷卻區，通過加熱保溫系統對爐膛進行加熱 升溫，使加熱區和保溫區的溫度升至AC3以上的設定溫度并保持恒定；然后由氮氣站向 爐膛內通入高純度氮氣，將爐內的空氣排出，同時爐膛內加熱區和保溫區的壓力保持在 0. 15-0.2MPa之間。為了減少氮氣的消耗量，防止氮氣溢出以及外界空氣進入爐膛內，所述 的爐膛進口處設有進口密封部。另外在爐膛的出、入口采用耐火密封材料，也可以有效地限 制爐膛內氣體與外界空氣的流通。 第二步啟動驅動電機，電機驅動輸送帶傳動，將齒坯放置在輸送帶上，齒坯在輸 送帶的帶動下從入口進入爐膛內的加熱區，進入加熱區時，通過加熱保溫系統使齒坯的溫 度在8-12min內由常溫迅速上升至400。C，接著在12_18min內使齒坯的溫度繼續上升至AC3+ (40-50) °C 。 第三步，在輸送帶的傳送下，齒坯隨輸送帶進入爐膛保溫區，在保溫區內保溫 36-45min，保溫過程中齒坯的溫度為AC3+(40-50)t:;第四步，齒坯隨傳送帶繼續進入氮氣 冷卻區，氮氣站通過氮氣輸送管路向冷卻區內噴送高壓低溫氮氣，對齒坯進行快速冷卻，使 齒坯的溫度在10min內降至500-550°C。此時齒坯的相變基本完成，并且不再容易被氧化。
最后，在輸送帶的傳動下齒坯離開爐膛，落至出料部，由出料部迅速輸送至周轉 車，利用風機使齒坯冷卻至常溫，至此正火熱處理工序結束。 在本系統中，除了人工上料外，其他生產過程均在PLC的控制下自動完成。網帶輸 送部采用變頻調速電機驅動，實現了無級變速。加熱保溫系統采用電加熱管加熱，通過熱電 偶監控爐內溫度，爐內采用高溫耐火密封材料，能夠有效地阻止熱量的散失和氮氣的溢出， 保證了工件不被氧化，以及工件內部組織的平穩轉變。這一系列的措施，確保了生產出的齒 圈表面無氧化皮，光亮整潔美觀，有效地改善了工件的整體質量。 該方式除了適用于齒圈正火處理外，也適用于和齒圈的形狀及尺寸近似的其他零 部件的正火熱處理。
權利要求
一種齒圈氮氣保護連續式正火工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟(1)通過加熱保溫系統對爐膛進行加熱升溫，當爐膛內的加熱區和保溫區的溫度升至設定溫度并保持恒定后，氮氣站向爐膛內通入高純度氮氣，將爐內空氣排出；(2)啟動電機，使電機驅動輸送帶傳動，將齒坯放置在輸送帶上，齒坯在輸送帶的帶動下進入爐膛內的加熱區，使齒坯的溫度在8-12min內由常溫迅速上升至400℃，然后使齒坯的溫度在12-18min內繼續上升至AC3+(40-50)℃；(3)在輸送帶的傳送下，工件繼續進入保溫區，工件在保溫區內保溫36-45min，工件的溫度保持為AC3+(40-50)℃；(4)工件隨輸送帶進入氮氣冷卻區，氮氣站向氮氣冷卻區內噴入高壓低溫氮氣，高壓低溫氮氣對工件進行快速冷卻，使工件的溫度在10min內降至500-550℃；(5)工件隨傳送帶離開爐膛，通過風機使其冷卻至常溫，齒圈正火工藝完成。
2. 根據權利要求1所述的齒圈氮氣保護連續式正火工藝，其特征在于所述的輸送帶 與電機連接。
3. 根據權利要求2所述的齒圈氮氣保護連續式正火工藝，其特征在于所述的電機為 變頻調速電機。
4. 根據權利要求1所述的齒圈氮氣保護連續式正火工藝，其特征在于所述的爐膛內的加熱區、保溫區及氮氣冷卻區內通入高純氮氣后，爐內壓力為0. 15-0. 2MPa。
5. 根據權利要求1所述的齒圈氮氣保護連續式正火工藝，其特征在于所述的爐膛進 口處設有進口密封部。
全文摘要
本發明涉及一種正火工藝，尤其是一種用于齒圈的氮氣保護氣氛下的正火工藝。其克服了現有的齒圈正火工藝中易發生氧化脫碳現象，導致齒坯表面產生氧化層的缺陷，提出了一種齒圈氮氣保護連續式正火工藝。在正火熱處理的加熱和保溫過程中，向爐膛內通入高純度氮氣，以達到隔離和排空爐膛內氧氣的目的，抑制材料表面的氧化脫碳，并且在工件出爐前，利用出口處的氮氣冷卻區快速冷卻，有利于材料內部組織的細化和完善，獲得良好的工藝性和機械性能指標，另外該工藝省去了水冷和等溫過程，并實現了連續生產，有效縮短了正火時間，提高生產效率，實現了節能減排。
文檔編號C21D1/28GK101775478SQ20101013529
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者八代行雄, 劉永江, 鄭光源 申請人:青島奔達汽車配件有限公司