本發明涉及一種大型挖掘機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：
：挖掘機一般是由電力驅動，通過電動機運轉做功與減速箱齒輪動力來實現連續作業的工程機械。隨著我國在道路交通、能源水利、城市建設等各方面基礎設施建設的迅猛發展，大型挖掘機市場需求量逐年上升，發展前景強勁。但是大型挖掘機工作環境比較復雜，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，大型挖掘機齒輪不僅承載重，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，大型挖掘機齒輪的原材料常采用18Cr2Ni4WA合金鋼，滲碳淬火方法如圖2所示，將大型挖掘機齒輪放置在滲碳爐內溫度升高920±5℃，進行強滲10-12小時，在同溫度下進行擴散10-12小時，在強滲時碳勢CP控制在1.20±0.05％，而擴散時的碳勢CP為0.85±0.05％，隨后隨爐降至830±5℃保溫1-2小時后進行油淬火，再將齒輪放在回火爐中加熱至160-220℃進行低溫回火，保溫時間為2-3h；然后出爐空冷至室溫。該方法的滲碳溫度低，強滲碳勢高，爐內易沉積大量碳黑，導致爐內碳勢波動，對碳勢控制造成很大困難。同時，該方法滲碳時間長，且處在同一溫度，由于鋼中的Cr、W等碳化物形成元素會與碳形成穩定的合金碳化物，吸碳能力強，使滲碳層碳濃度升高，不利于碳元素的擴散，滲碳層濃度梯度變陡，易出現大塊狀、網狀碳化物，破壞了基體組織的連續性，嚴重影響了滲碳層質量，使齒輪在后續磨削加工過程中易產生磨削裂紋，并使齒輪在周期性接觸應力作用下易于疲勞，形成麻點和表層剝落。技術實現要素：本發明的目的是提供一種大型挖掘機齒輪的滲碳淬火方法，能大幅縮短滲碳淬火時間，獲得高的滲碳速度，節約能耗，還能消除有害碳化物，獲得彌散分布的細粒狀碳化物，并提高生產效率。本發明為達到上述目的的技術方案是：一種大型挖掘機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，先將齒輪置于滲碳爐內加熱至750±10℃，保溫3-4h；⑵、強滲步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至960-980℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在1.30±0.05C％，維持一段滲碳時間t強滲；⑶、擴散步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至1040-1060℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP為0.90±0.05C％，且擴散時間t擴散是強滲時滲碳時間t強滲的1.5倍；⑷、降溫均溫步驟，降低爐溫，齒輪隨爐降溫降至840±10℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，在降溫過程中維持爐內碳勢CP在0.90±0.05C％，并保溫2-3h，；⑸、一次淬火步驟，將840±10℃的齒輪進行油淬，且淬火油溫度在65-95℃；⑹、等溫球化退火步驟，將第一次淬火后的齒輪在爐內加熱至650±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫加熱至720±10℃、保溫3-4h；隨后將齒輪降溫至650±10℃、保溫5-6h；最后齒輪隨爐冷卻至550℃，出爐空冷至室溫；⑺、二次淬火步驟，將經過等溫球化退火后的齒輪在爐內加熱至760±10℃、保溫3-4h；再將齒輪隨爐升溫至820±10℃、保溫2-3h；然后將在820±10℃的齒輪進行油淬，淬火油溫度為65-95℃；⑻、低溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至180-260℃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8-10h。所述的擴散步驟中，擴散時間t擴散在12-15h。所述第一次淬火步驟與等溫球化退火步驟之間，以及第二次淬火步驟與低溫回火步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除齒輪零部件表面油漬，清洗時清洗液的溫度控制在50-60℃。所述強滲步驟、擴散步驟以及降溫均溫步驟中，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、擴散步驟以及降溫均溫步驟中，所述碳勢通過調節滲碳劑流量來控制。所述的低溫回火步驟中，低溫回火的次數為兩次。所述大型挖掘機齒輪用鋼材質為18Cr2Ni4WA。本發明將齒輪依次進行升溫均溫、強滲、擴散、降溫均溫、第一次淬火、等溫球化退火以及第二次淬火，由于大幅提高了滲碳溫度，且擴散溫度高于強滲溫度，擴散時間t擴散是強滲時滲碳時間t強滲的1.5倍，因碳滲入鋼中的最大速度受碳在奧氏體中擴散速度的限制，而這種擴散速度與溫度成正比例關系，因此，本發明滲碳淬火方法通過高的強滲溫度和強滲碳勢，在較短時間內即在工件表面形成了很高的碳濃度，通過更高的擴散溫度和更長的擴散時間，使強滲段的富碳區的碳逐漸向深層推移，從而獲得高的滲碳速度，縮短熱處理時間，降低能耗，也能有效的平緩滲碳層的碳濃度梯度，降低齒輪表面滲碳層易出現的大塊狀碳化物，獲得細粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織，提高齒輪的齒面硬度和耐磨性。本發明對滲碳后的齒輪進行等溫球化退火，使其先在Ac1溫度以上20℃奧氏體化，使碳化物充分溶解，然后在Ac1溫度以下50℃發生等溫轉變，獲得球化的彌散均勻分布的細顆粒碳化物，這種彌散分布的細顆粒碳化物在隨后的淬火過程中，彌散度更趨完善，不僅為最終淬火加熱準備了大量的結晶核心，而且可以使淬火加熱奧氏體進一步均勻化，能夠明顯細化淬火組織，顯著提高齒輪淬火后的強度、硬度等綜合性能。本發明采用了兩次加熱淬火，能有效細化晶粒，對滲碳溫度提高導致的晶粒長大起到了良好的優化作用。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為本發明對大型挖掘機齒輪的滲碳淬火方法的工藝圖。圖2為現有技術對大型挖掘機齒輪的滲碳淬火方法的示意圖。具體實施方式見圖1所示，本發明的大型挖掘機齒輪的滲碳淬火方法，包括如下步驟。⑴、升溫均溫步驟，先將齒輪置于滲碳爐內加熱至750±10℃，保溫3-4h。⑵、強滲步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至960-980℃，向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在1.30±0.05C％，碳勢通過調節滲碳劑流量來控制，維持一段滲碳時間t強滲,本發明強滲時的滲碳時間t強滲可控制在8-10h，通過提高強滲的溫度和強滲碳勢，在較短時間內即在工件表面形成了很高的碳濃度。⑶、擴散步驟，滲碳爐升溫，齒輪隨爐加熱至1040-1060℃，擴散升溫速度可控制在150-350℃/h,向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，控制碳勢CP在0.90±0.05C％，且擴散時間t擴散是強滲時滲碳時間t強滲的1.5倍，同樣碳勢通過調節滲碳劑流量來控制，而擴散時間t擴散保持12-15h。本發明通過更高的擴散溫度和長的擴散時間，使強滲段的富碳區的碳逐漸向深層推移，從而獲得高的滲碳速度，也能有效的平緩滲碳層的碳濃度梯度，降低齒輪表面滲碳層易出現的大塊狀碳化物，獲得細粒狀碳化物，改善齒輪表面的金相組織，提高齒輪的齒面硬度和耐磨性。⑷、降溫均溫步驟，降低爐溫，齒輪隨爐降溫降至840±10℃，降溫速度可控制在120-240℃/h,向滲碳爐內通入滲碳劑滲碳，碳勢通過調節滲碳劑流量來控制，在降溫過程中維持爐內碳勢CP在0.90±0.05C％，保溫2-3h，以保持滲碳層的碳濃度，并通過控制淬火溫度，以獲得高質量的滲碳層。⑸、一次淬火步驟，將840±10℃的齒輪進行油淬，且淬火油溫度在65-95℃，使奧氏體進行轉變。⑹、等溫球化退火步驟，將第一次淬火后的齒輪在爐內加熱至650±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫加熱至720±10℃、保溫3-4h；隨后將齒輪降溫至650±10℃、保溫5-6h；最后齒輪隨爐冷卻至550℃，出爐空冷至室溫。本發明對滲碳后的齒輪進行等溫球化退火，可使碳化物充分溶解，然后在Ac1溫度以下50℃發生等溫轉變，獲得球化的彌散均勻分布的細顆粒碳化物。⑺、二次淬火步驟，將經過等溫球化退火后的齒輪在爐內加熱至760±10℃、保溫3-4h；再將齒輪升溫至820±10℃、保溫2-3h；然后將在820±10℃的齒輪進行油淬，淬火油溫度為65-95℃，本發明通過對等溫球化退火后的齒輪進行再次淬火處理，使彌散分布的細顆粒碳化物在淬火過程中彌散度更趨完善，以使淬火加熱奧氏體進一步均勻化，能夠明顯細化淬火組織，改善齒輪表面的金相組織，顯著提高齒輪淬火后的強度、硬度等綜合性能。⑻、低溫回火步驟，將齒輪放在回火爐中加熱至180-260℃進行低溫回火，保溫時間為3-4h；然后出爐空冷至室溫。本發明的低溫回火步驟中，低溫回火的次數為兩次，通過多次的低溫回火，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，因此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。本發明在第一次淬火步驟與等溫球化退火步驟之間，以及第二次淬火步驟與低溫回火步驟之間還包括清洗步驟，清洗去除齒輪零部件表面油漬，清洗時清洗液的溫度控制在50-60℃，而清洗液采用常規的清洗液，例如煤油等。本發明在強滲步驟及擴散步驟中以及降溫均溫步驟所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。本發明大型挖掘機齒輪采用鋼材質為18Cr2Ni4WA，用本發明滲碳淬火方法對18Cr2Ni4WA制得的齒輪進行滲碳淬火處理，具體滲碳淬火處理實施例見表1所示。表1采用本發明的滲碳淬火方法制得的試件，按GB/T228、GB/T229標準進行檢測，具體數據見表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抗拉強度(MPa)145014801420142014501460屈服強度(MPa)950975955960955960斷后伸長率(％)1413.51414.51413.5斷面收縮率(％)585457595757可以看出，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，具有優良的表面硬度、耐磨性能和抗過載能力。當前第1頁1 2 3