本發明涉及一種低速重載齒輪的滲碳淬火方法，屬于熱處理
技術領域：
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背景技術：
：低速重載齒輪主要應用于礦山、冶金等大型設備的傳動系統中，其運行工況比較惡劣，傳動功率大，扭矩大，傳動比大，轉速低，減速箱內齒輪容易受到載荷沖擊與機械振動的影響而失效。因此，低速重載齒輪不僅承載重，沖擊力強，而且安全性能要求高，使用時要求有優良的表面硬度、耐磨性能和抗過載能力，既要求齒輪齒面的硬化層深度較深，而且要求齒輪的心部力學性能良好。目前，低速重載齒輪材料常采用20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA、17Cr2Ni2Mo等合金鋼，因其合金元素含量高，滲碳后表層的碳含量高，因而在滲碳淬火后的工件中會存在有大量的殘余奧氏體，使工件的表面硬度降低。在淬火后的齒面磨削加工中，會出現網狀裂紋，導致工件報廢或者在運行過程中失效。現有低速重載齒輪的傳統滲碳淬火方法見圖2所示，將低速重載齒輪放置在滲碳爐內溫度升高930±5℃，進行強滲9-10h，在同溫度下進行擴散9-10h，在強滲時碳勢CP控制在1.10±0.03％，而擴散時的碳勢CP為0.75±0.03％，隨后隨爐降至840±5℃保溫1-2h后進行油淬火，再將齒輪放在回火爐中加熱至180-220℃進行低溫回火，保溫時間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。但該方法未能解決齒輪滲碳淬火后表面殘余奧氏體含量偏高的問題，齒輪表面硬度偏低，在后續的運行過程中易出現早期的齒面磨損。為了解決上述技術問題，有必要新開發一種大型挖掘機齒輪的滲碳淬火熱處理方法。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是提供一種能有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細粒狀碳化物，大幅降低表面殘余奧氏體含量，提高齒輪表面硬度和耐磨性，提高方案早產品的熱處理性能的低速重載齒輪的滲碳淬火方法。本發明為達到上述的目的的技術方案是：一種低速重載齒輪的滲碳淬火方法，其特征在于：包括如下步驟，⑴、升溫均溫步驟，將齒輪置于滲碳爐內加熱至750±10℃，保溫時間為2-3h；⑵、強滲步驟，加熱滲碳爐，齒輪隨爐加熱至930±10℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，碳勢CP控制在1.15±0.05C％，維持一段滲碳時間t強滲；⑶、擴散步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降至910±10℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，碳勢CP控制在0.75±0.05C％，維持一段滲碳時間t擴散，且擴散時間t擴散是強滲時滲碳時間t強滲的1.2倍；⑷、降溫步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降溫至800±10℃，保溫時間為2-3h，出爐空冷至室溫；⑸、高溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至650±10℃，保溫時間為3-4h；⑹、淬火步驟，再將齒輪加熱至810±10℃，保溫時間為2-3h，然后進行油淬，淬火油溫度為65-95℃；⑺、冷處理步驟，將經過淬火后的齒輪冷卻至-60℃，保溫時間為0.5-1h，然后升溫至室溫；⑻、低溫回火步驟，最后將齒輪放在回火爐中加熱至180-240℃進行低溫回火，保溫時間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。其中，所述的強滲步驟中的滲碳時間t強滲和擴散步驟中的擴散時間t擴散之和為總滲碳時間t滲碳，且總滲碳時間t滲碳＝(δ/K)2，其中，δ為滲層深度(mm)，K為滲碳溫度系數。所述強滲步驟中的滲碳時間t強滲在10-12h。所述擴散步驟中的擴散時間t擴散在12-14.4h。所述的高溫回火步驟中，高溫回火的次數至少為三次。所述淬火步驟和冷處理步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除零部件表面油漬，清洗液溫度控制在50-60℃。所述的低溫回火步驟中，低溫回火的次數為兩次。所述的強滲步驟和擴散步驟中采用的滲碳劑為甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一種或多種。所述強滲步驟和擴散步驟中，碳勢CP通過調節滲碳劑流量來控制。所述低速重載齒輪用鋼材質為20Cr2Ni4。本發明采用上述技術方案后具有以下優點：1、本發明的低速重載齒輪的滲碳淬火方法相比于傳統的恒溫變碳勢滲碳淬火方法，該方法采用降溫降碳勢滲碳淬火方法，將擴散滲碳溫度控制在低于強滲溫度，而強滲及擴散時的碳勢相比于傳統滲碳碳勢均有降低，通過降低擴散溫度及降低滲碳碳勢，從而降低滲碳層奧氏體的碳含量，以實現降低冷卻后的表層殘余奧氏體含量。本發明擴散滲碳時間與強滲時間的比值為1.2倍，因此通過延長擴散滲碳時間，達到技術要求的滲碳層深度及延緩滲碳層碳濃度梯度。2、本發明采用低于傳統工藝的滲碳出爐空冷溫度，滲碳空冷后的齒輪采用多次的高溫回火，通過反復的高溫回火，析出奧氏體中的碳形成碳化物，從而有效降低滲碳層奧氏體中的碳含量，降低齒輪表層中的殘余奧氏體含量。3、本發明采用低于傳統工藝的淬火溫度，以降低表層殘余奧氏體含量；同時，通過淬火后的冷處理，使未完成轉變的殘余奧氏體在低于Mf點的溫度下繼續完成轉變，從而降低齒輪表層的殘余奧氏體含量。4、本發明采用升溫均溫步驟強滲、擴散、降溫均溫、高溫回火步驟、淬火步驟、冷處理步驟以及低溫回火步驟，最大限度的降低了齒輪表層的殘余奧氏體含量，有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細粒狀碳化物，提高了齒面硬度和耐磨性，提高產品的熱處理性能，有效減少了低速重載齒輪在運行過程中的齒面磨損，提高了齒輪的使用壽命。附圖說明下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。圖1為本發明對低速重載齒輪的滲碳淬火方法的示意圖；圖2為現有技術對低速重載齒輪的滲碳淬火方法示意圖。具體實施方式見圖1所示，本發明低速重載齒輪的滲碳淬火方法，包括如下步驟，⑴、升溫均溫步驟，將齒輪置于滲碳爐內加熱至750±10℃，保溫時間為2-3h。⑵、強滲步驟，加熱滲碳爐，齒輪隨爐加熱至930±10℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，碳勢CP控制在1.15±0.05C％，維持一段滲碳時間t強滲，碳勢CP通過調節滲碳劑流量來控制，本發明強滲步驟中的滲碳時間t強滲在10-12h，通過降溫降碳勢CP，而降低滲碳層奧氏體的碳含量。⑶、擴散步驟，降低滲碳爐溫，齒輪隨爐降至910±10℃，碳勢CP控制在0.75±0.05C％，維持一段滲碳時間t擴散，且擴散時間t擴散是強滲時滲碳時間t強滲的1.2倍，碳勢CP通過調節滲碳劑流量來控制，擴散時間t擴散控制在12-14.4h。本發明通過降低擴散溫度及降低滲碳碳勢，達到降低滲碳層奧氏體的碳含量，從而降低冷卻后的表層殘余奧氏體含量。本發明通過延長擴散時間長于滲碳時間，達到技術要求的滲碳層深度及延緩滲碳層碳濃度梯度。⑷、降溫步驟，降低滲碳爐溫，使齒輪隨爐降溫至800±10℃，保溫時間為2-3h，出爐空冷至室溫，以提高表層奧氏體的穩定性。⑸、高溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中至650±10℃，保溫時間為3-4h，以析出奧氏體中的碳形成碳化物，本發明高溫回火的次數至少為三次，可通過多次高溫回火，降低齒輪表層中的殘余奧氏體含量。⑹、淬火步驟，再將齒輪加熱至810±10℃，保溫時間為2-3h，然后進行油淬，淬火油溫度為65-95℃，通過較低的淬火溫度，而以降低表層殘余奧氏體含量。⑺、冷處理步驟，將經過淬火后的齒輪冷卻至-60℃，保溫時間為0.5-1h，然后升溫至室溫，通過淬火后的冷處理，使未完成轉變的殘余奧氏體在低于Mf點的溫度下繼續完成轉變，從而降低齒輪表層的殘余奧氏體含量。⑻、低溫回火步驟，最后將齒輪放在回火爐中加熱至180-240℃進行低溫回火，保溫時間為3-4h，然后出爐空冷至室溫，保持淬火工件的高硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性。本發明強滲步驟中的滲碳時間t強滲和擴散步驟中的擴散時間t擴散之和為總滲碳時間t滲碳，且總滲碳時間t滲碳＝(δ/K)2，其中，δ為滲層深度(mm)，K為滲碳溫度系數，能根據設計要求設定齒輪的滲層深度以及選擇的滲碳溫度系數來控制總滲碳時間t滲碳。本發明在淬火步驟和冷處理步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除零部件表面油漬，清洗液溫度控制在50-60℃,而清洗液采用常規的清洗液，例如煤油等。本發明在強滲步驟和擴散步驟中采用的滲碳劑為甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一種或多種，在多種混合時，比例不限。本發明低速重載齒輪采用鋼材質為20Cr2Ni4，用本發明滲碳淬火方法對20Cr2Ni4制得的齒輪進行滲碳淬火處理，具體滲碳淬火實施例見表1所示。表1采用本發明的滲碳淬火方法制得樣件，并按TB/T2254-1991標準進行檢測，具體檢測數據見表2所示。表2項目實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6殘余奧氏體級別1級1級1級1級1級1級馬氏體級別1級2級1級1級2級1級碳化物級別1級1級1級1級1級1級表面硬度61HRC60.5HRC62HRC61.5HRC61HRC61.5HRC從表2中可以看出，能大幅度降低齒輪表層的殘余奧氏體含量，有效消除齒輪滲碳層有害碳化物，獲得彌散分布的細粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織提高了齒面硬度和耐磨性。當前第1頁1 2 3