本發明涉及一種重型汽車發動機正時齒輪抗疲勞氮化方法，屬于齒輪熱處理
技術領域：
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背景技術：
：現有重型汽車發動機齒輪大多是采用低碳合金鋼進行滲碳淬火處理，以提高齒輪強度和齒輪表面硬度，以提高齒輪的耐磨性和使用壽命，該方法熱處理成本高，熱處理后機械加工成本高。現大多數發動機主機廠要求通過使用氮化處理方式提高輪齒表面硬度和耐磨性，以提高齒輪表面接觸疲勞強度，從而提高齒輪的使用壽命，以達到汽車行駛120萬公里行程后齒輪無嚴重磨損。目前齒輪氮化的要求難以滿足齒輪壽命需求。技術實現要素：本發明的目的在于，提供一種重型汽車發動機正時齒輪抗疲勞氮化方法。提高發動機齒輪氮化處理后的整體齒面抗疲勞強度，以滿足發動機長壽命工作的需要，解決現有技術的不足。本發明的技術方案：一種重型汽車發動機正時齒輪抗疲勞氮化方法，該方法是在齒輪氮化過程中僅對齒輪分度圓處的全齒廓進行化合物處理，在齒輪的全齒廓處形成深度大于0.5mm的滲氮層，并在滲氮層表面形成深度大于0.007mm的化合物層；處理工藝如下：待氮化→裝爐→打弧→升溫→保溫→冷卻。前述方法中，所述全齒廓包括齒頂、齒面、齒根。前述方法中，所述待氮化工序要求待氮化齒輪的輪齒表面粗糙度不小于Ra0.6，預備熱處理為高溫回火索氏體，硬度范圍為225～285HB，輪齒部位無氧化黑點或其他異物。前述方法中，所述裝爐工序中，待氮化齒輪為層疊放置構成齒輪串，齒輪串內的齒輪與齒輪之間經工裝分隔，工裝為帶中心孔的圓柱體，圓柱的柱面與齒輪的兩平面之間呈90°角垂直；齒輪串按正三角形擺放，齒輪串與齒輪串之間的間距為20～25mm；每串齒輪的相鄰輪齒與輪齒之間對齊。前述方法中，所述打弧工序打弧參數分為三段，第一段電壓為720～740V，占空比為30～40%，打弧升溫至50～60℃結束；第二段電壓為700～710V，占空比為50～60%，打弧升溫至70～80℃結束；第三段電壓為650～670V，占空比為70～90%，打弧升溫至90～100℃結束；打弧過程的起始打弧壓力70～80Pa。前述方法中，所述升溫工序中，升溫參數分為四段：第一段以斜率3～3.5℃/min升溫至200～220℃，保持10～15min；第二段以斜率2～2.5℃/min升溫至300～310℃，保持10～15min；第三段以斜率1.5～2.0℃/min升溫至450～470℃，保持40～50min；第四段以斜率1.0～1.2℃/min升溫至520～540℃，進入氮化保溫階段。所述保溫工序中，包含兩段保溫：第一段保溫溫度為520～540℃，保溫時間900～950min；第二段以1.0～1.2℃/min降溫至505～520℃，保溫時間300～330min。所述升溫和保溫過程中，爐內壓力按照溫度分成五段保持壓力的恒定：第一段是溫度在100～209℃時，壓力保持80～100Pa；第二段是溫度在210～319℃時，壓力保持120～140Pa；第三段是溫度在320～429℃時，壓力保持160～180Pa；第四段是溫度在430～500℃時，壓力保持200～220Pa；第五段是溫度在500～540℃時，壓力保持260～280Pa；整個過程壓力上升斜率為5～6Pa/min。整個升溫和保溫過程中，需向爐內通入氨氣，氨氣的進入量由流量計進行控制，壓力由穩壓器進行控制。前述方法中，所述保溫工序中，氨氣流量為2.0～3.5L/min。前述冷卻工序中，為冷卻方法為關閉高壓脈沖電源，保持爐內低于260～280Pa隨爐冷卻至150℃以下。與現有技術相比，本發明是一種全齒廓化合物層不小于0.007mm，擴散層大于0.5mm的離子氮化處理方法，采用該種氮化技術，它具有以下特征：1、待處理件表面粗糙度不小于Ra0.6；2、零件在爐體上的位置擺放，成正三角形；3、打弧起始電壓高于一般離子氮化電壓30～40V(一般為680～700V)；4、升溫段前兩段溫度跨度不低于100℃，第三段與第四段溫度跨度不高于80℃，并且均溫時間不低于30min；5、保溫過程中，氨氣進流量2.0L～3.5L/min；6、滲氮保溫過程為兩段，第一段溫度高于第二段溫度15～25℃；7、滲氮件的冷卻過程在低于爐內壓力260～280Pa下，隨爐冷卻至150℃以下。附圖說明圖1是齒輪氮化層示意圖；圖2是齒輪裝爐簡圖；圖3是齒輪裝爐立體示意圖；圖4是輪齒解剖截面圖；圖5是圖3中A點放大500倍的示意圖；圖6是溫度-時間工藝曲線圖；圖7是溫度-壓力工藝曲線圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明的任何限制。一種重型汽車發動機正時齒輪抗疲勞氮化方法，該方法是在齒輪氮化過程中僅對齒輪分度圓處的全齒廓進行化合物處理，在齒輪的全齒廓處形成深度大于0.5mm的滲氮層，并在滲氮層表面形成深度大于0.007mm的化合物層；處理工藝如下：待氮化→裝爐→打弧→升溫→保溫→冷卻。所述全齒廓包括齒頂、齒面、齒根。前述待氮化工序中，要求待氮化齒輪的輪齒表面粗糙度不小于Ra0.6，預備熱處理為高溫回火索氏體，硬度范圍為225～285HB，輪齒部位無氧化黑點或其他異物。前述裝爐工序中，待氮化齒輪為層疊放置構成齒輪串，齒輪串內的齒輪與齒輪之間經工裝分隔，工裝為帶中心孔的圓柱體，圓柱的柱面與齒輪的兩平面之間呈90°角垂直；齒輪串按正三角形擺放，齒輪串與齒輪串之間的間距為20～25mm；每串齒輪的相鄰輪齒與輪齒之間對齊。前述打弧工序中，打弧參數分為三段，第一段電壓為720～740V，占空比為30～40%，打弧升溫至50～60℃結束；第二段電壓為700～710V，占空比為50～60%，打弧升溫至70～80℃結束；第三段電壓為650～670V，占空比為70～90%，打弧升溫至90～100℃結束；打弧過程的起始打弧壓力70～80Pa。前述方法中，所述升溫工序中，升溫參數分為四段：第一段以斜率3～3.5℃/min升溫至200～220℃，保持10～15min；第二段以斜率2～2.5℃/min升溫至300～310℃，保持10～15min；第三段以斜率1.5～2.0℃/min升溫至450～470℃，保持40～50min；第四段以斜率1.0～1.2℃/min升溫至520～540℃，進入氮化保溫階段。所述保溫工序中，包含兩段保溫：第一段保溫溫度為520～540℃，保溫時間900～950min；第二段以1.0～1.2℃/min降溫至505～520℃，保溫時間300～330min。所述升溫和保溫過程中，爐內壓力按照溫度分成五段保持壓力的恒定：第一段是溫度在100～209℃時，壓力保持80～100Pa；第二段是溫度在210～319℃時，壓力保持120～140Pa；第三段是溫度在320～429℃時，壓力保持160～180Pa；第四段是溫度在430～500℃時，壓力保持200～220Pa；第五段是溫度在500～540℃時，壓力保持260～280Pa；整個過程壓力上升斜率為5～6Pa/min。整個升溫和保溫過程中，需向爐內通入氨氣，氨氣的進入量由流量計進行控制，壓力由穩壓器進行控制。保溫過程中，氨氣流量為2.0～3.5L/min。前述冷卻工序中，冷卻工序為關閉高壓脈沖電源，保持爐內低于260～280Pa隨爐冷卻至150℃以下。實施例某型號重卡發動機曲軸齒輪，使用材料為42CrMo，進行離子氮化處理，技術要求擴散層深度大于0.5mm、化合物層大于0.007mm，硬度大于600HV0.1。采用離子氮化處理來獲得氮化效果，氮化過程分為以下幾個步驟：待氮化零件→裝爐→打弧→升溫→保溫→冷卻前述待氮化件的驗收涉及的內容為零件表面粗糙度不小于Ra0.6，預備熱處理為高溫回火索氏體，硬度范圍為225～285HB，待氮化部位無氧化黑點或其他異物。裝爐前零件采用120#汽油將零件表面清洗干凈。所述裝爐為零件在爐底盤上按照正三角的位置擺放，工裝與零件的擺放如圖2和圖3所示。打弧過程的工藝參數如下表1，起弧壓力為80Pa。表1打弧過程工藝參數段數電壓/V占空比溫度/℃1740405027106080368080100所述升溫、保溫過程的工藝參數如下表2、表3。表2升溫過程中溫度和時間的相關參數段數電壓（V）升溫斜率℃/min）溫度（℃）時間（min）16503200152660231015367024705046801.2530－表3加工過程中溫度和壓力的相關參數段數溫度（℃）壓力斜率Pa/min）壓力（Pa）1100～2095802210～31951303320～42951704430～50052105501～5305270表4保溫中溫度和時間的相關參數段數保溫溫度（℃）保溫時間（min）氨氣流量(L/min)15309302.0～3.525103202.0～3.5冷卻過程為在爐內低于260Pa壓力下隨爐冷卻至150℃以下。在氮化過程中，控溫過程采用熱電偶測量溫度，采用自動記錄儀表記錄時間，爐溫均勻性要求為±5℃。壓力控制過程采用穩壓器進行控制，控制精度要求±10Pa，氨氣流量采用流量計進行控制，控制精度要求±0.5L/min，升溫速率控制過程采用自動控制，控制精度要求±0.5℃/min。該發明氮化結果驗證，輪齒深度滲氮層深度為0.652mm，齒輪解剖截面圖如圖4所示，圖5為A點局部放大圖，經過對齒輪截面進行放大檢測其化合物層，化合物層均大于0.007mm，該結果滿足產品技術要求。圖6是溫度-時間工藝曲線，圖7是溫度-壓力工藝曲線示意圖。當前第1頁1 2 3