專利名稱：風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理工藝，尤其涉及風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝。
背景技術(shù)：
新型清潔能源產(chǎn)業(yè)風(fēng)電中的內(nèi)齒圈，由于其它的熱處理工藝方法很難滿足變形要求，要求采用滲氮工藝。針對風(fēng)電齒圈滲氮后高的質(zhì)量要求表面硬度大于600HV，滲氮層深度O. 7 O. 9mm和較高的滲氮層組織要求，特別是為了確保風(fēng)電齒圈的精度和使用性能要求，設(shè)計上規(guī)定滲氮后不允許再磨加工，為此要求滲氮后齒圈的畸變量控制在小于
O.03mm 以內(nèi)。 由于內(nèi)齒圈滲層要求深，考慮到常規(guī)氣體滲氮工藝時間太長，而且變形較大，達(dá)不到技術(shù)要求，而離子滲氮法利用輝光放電直接對工件進(jìn)行加熱，工件加熱時可以獲得均勻的溫度分布，此外，由于輝光放電時有陰極濺射作用，可使工件尺寸減小，這可抵消由于滲氮引起的體積脹大，故滲氮后要求畸變小的工件通常采用離子滲氮。但按常規(guī)的離子滲氮工藝很難達(dá)到工件的熱處理技術(shù)要求，需要解決以下問題
I、工件滲氮后需加工部位的防滲保護(hù)。由于齒圈滲氮后需再鉆孔，要求防滲處同基體硬度一樣。由于離子氮化大面積防滲涂料技術(shù)未過關(guān)，且涂料后表面光潔度差，需采用合適的機(jī)械屏蔽方法。2、裝爐方式和采用工裝。由于工件直徑大壁薄，外圈部分布滿了孔洞，工件本身易變形。此外，由于離子滲氮加熱方式的工藝特性，離子滲氮的溫度均勻性與裝爐操作影響很大，為保證加熱時溫度的均勻性，需制定合理的裝爐方案和工裝。3、設(shè)備和供氣。采用脈沖加熱電源，提高控制精度。通入爐內(nèi)的氣體要盡量去除水分等雜質(zhì)。4、滲氮技術(shù)指標(biāo)中，表面高硬度和深的滲層厚度本身是一對矛盾體；增加滲氮時間后，在增加滲氮層深度的同時也增加了工件的變形程度；這就需要滲氮工藝中溫度，時間，氣壓，氣體流量等各工藝參數(shù)的合理選配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服針對風(fēng)電齒圈采用常規(guī)氣體滲氮工藝周期長，能耗高，變形相對較大，而采用常規(guī)的離子滲氮工藝很難達(dá)到熱處理畸變量、高硬度、深的滲氮層厚度以及較高的滲氮組織級別等要求的缺陷而提供一種風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，該工藝周期短，耗能低，質(zhì)量控制精度高，齒圈滲氮后表面硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度都提高，而且畸變小，齒輪精度高，無需磨削就能直接裝配使用，完全達(dá)到風(fēng)電齒圈的質(zhì)量技術(shù)要求。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝為風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520°C保溫一段時間，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530°C保溫一段時間后，再降溫至510°C保溫一段時間，滲氮結(jié)束后緩慢降溫至150°C所述風(fēng)電齒圈工件出爐。所述風(fēng)電齒圈為42CrMo風(fēng)電齒圈。優(yōu)選的，所述風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520°C保溫35小時，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530°C保溫40小時后，再降溫至510°C保溫10小時。優(yōu)選的，所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝采用機(jī)械屏蔽的方法對所述風(fēng)電齒圈工件進(jìn)行防滲保護(hù)處理。由于齒圈兩端面滲氮后還需轉(zhuǎn)孔，故硬度不能高，另外考慮到端面有許多孔，而孔洞處易引起輝光放電集中，局部電流密度偏大，溫度偏高，造成工件各部位溫度不均勻，故需要采用機(jī)械屏蔽的方法對所述風(fēng)電齒圈工件進(jìn)行防滲保護(hù)處理。優(yōu)選的,所述機(jī)械屏蔽的方法為采用兩塊夾板將所述齒圈兩端面和所述齒圈端面上的孔洞封蓋住。
優(yōu)選的，在所述風(fēng)電齒圈的中心和所述爐子的頂部設(shè)置圓盤狀輔助陰極，和工件一起加熱升溫，改善了工件加熱均勻性。優(yōu)選的，所述風(fēng)電齒圈工件裝爐時采用適當(dāng)?shù)拈g隔距離，所述間隔距離從下至上分別為100，150，120mm，保證工件整體加熱均勻。優(yōu)選的，所述風(fēng)電齒圈工件階梯升溫采用小電流緩慢加熱，加熱速度在每小時30°C以內(nèi)。優(yōu)選的，所述氨氣是經(jīng)過裂解爐加熱分解后通入滲氮爐，從而保證了氣體質(zhì)量，提高了爐溫均勻性。通入氣壓為500Pa，氣體流量為800 900L/min。優(yōu)選的，所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝采用脈沖電源加熱設(shè)備，操作簡化，自動化控制程度高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為
I、滲氮速度快，離子滲氮工藝時間85小時，而常規(guī)氣體滲氮工藝時間需110小時，離子滲氮比氣體滲氮節(jié)約25%。2、工件變形小，離子滲氮后齒圈最大變形量O. 02mm,氣體滲氮后齒圈最大變形量
O.04_。離子滲氮后風(fēng)電齒圈無需磨齒即可直接裝配，節(jié)約了制造成本與工期。3、離子滲氮表面硬度達(dá)650HV，比氣體滲氮高50 100HV ;滲氮硬化層深度達(dá)
O.87mm,各項滲氮組織級別全部達(dá)到滲氮質(zhì)量指標(biāo)，完全達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求。4、通過裝爐和工裝，設(shè)備和工藝操作調(diào)節(jié)控制，重點解決了離子滲氮工件加熱均勻性等技術(shù)難點，既能有效地控制各項滲氮質(zhì)量指標(biāo)，特別是嚴(yán)格的畸變量指標(biāo)，又能縮短工藝時間，充分發(fā)揮離子滲氮工藝節(jié)能減耗的優(yōu)勢可操作性強(qiáng)，有效地控制了工藝質(zhì)量，達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求。


圖I為本發(fā)明風(fēng)電齒圈示意 圖2為本發(fā)明風(fēng)電齒圈深層離子滲氮工藝示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例如圖I所示的風(fēng)電齒圈，其深層離子滲氮工藝示意圖如圖2所示，該工藝為風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520°C保溫一段時間，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530°C保溫一段時間后，再降溫至510°C保溫一段時間，滲氮結(jié)束后緩慢降溫至150°C所述風(fēng)電齒圈工件出爐。所述風(fēng)電齒圈為42CrMo風(fēng)電齒圈。所述風(fēng)電齒圈工件在520°C時保溫時間為35小時，在530°C時保溫時間為40小時，在510°C時保溫時間為10小時。本實施例中，采用機(jī)械屏蔽的方法對所述風(fēng)電齒圈工件進(jìn)行防滲保護(hù)處理。具體為用兩塊半圓環(huán)3_厚鐵板，兩端螺絲固定覆蓋在齒圈端面，接縫處間隙小于O. 5mm.。在本實施例中，在所述風(fēng)電齒圈的中心和所述爐子的頂部設(shè)置圓盤狀輔助陰極，和工件一起加熱升溫，改善了工件加熱均勻性。
在本實施例中，所述風(fēng)電齒圈工件裝爐時采用適當(dāng)?shù)拈g隔距離，所述間隔距離從下至上分別為100，150，120mm，保證工件整體加熱均勻。在本實施例中，所述風(fēng)電齒圈工件階梯升溫采用小電流緩慢加熱，加熱速度在每小時30°C以內(nèi)。在本實施例中，為了保證氣體質(zhì)量，提高爐溫均勻性，所述氨氣是經(jīng)過裂解爐加熱分解后通入滲氮爐。通入氣壓500Pa左右，氣體流量為800 900L/min。在本實施例中，所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝采用脈沖電源加熱設(shè)備，操作簡化，自動化控制程度高。上述實施例采用的本發(fā)明熱處理工藝對42CrMo風(fēng)電齒圈進(jìn)行處理后得到的技術(shù)參數(shù)如下
表面硬度650-670HV 有效硬化層深度DN=0. 87mm 滲氮層脆性2級 滲氮層疏松1級 氮化物級別1級 表面白亮層< O. Olmm 心部硬度296-306HB 齒圈尺寸變動量< O. 03mm
上述技術(shù)參數(shù)完全符合下列《GB/T11354-2005鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》中風(fēng)電齒圈滲氮質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
表面硬度彡600HV 滲氮層深度0. 8-1. Omm 滲氮層脆性1-2級 滲氮層疏松1-2級 氮化物級別1-3級 表面白亮層< O. 025mm 心部硬度286-310HB 齒圈尺寸變動量< O. 05mm
上述滲氮質(zhì)量檢測是委托第三方“上海市機(jī)械制造工藝研究所有限公司鑄鍛熱檢測中心”進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝為風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520°c保溫一段時間，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530°C保溫一段時間后，再降溫至510°C保溫一段時間，滲氮結(jié)束后緩慢降溫至150°C所述風(fēng)電齒圈工件出爐。
2.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈為42CrMo風(fēng)電齒圈。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520°C保溫35小時，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530°C保溫40小時后，再降溫至510°C保溫10小時。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝采用機(jī)械屏蔽的方法對所述風(fēng)電齒圈工件進(jìn)行防滲保護(hù)·處理。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述機(jī)械屏蔽的方法為采用兩塊夾板將所述齒圈兩端面和所述齒圈端面上的孔洞封蓋住。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于在所述風(fēng)電齒圈的中心和所述爐子的頂部設(shè)置圓盤狀輔助陰極。
7.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈工件裝爐時采用適當(dāng)?shù)拈g隔距離，所述間隔距離從下至上分別為100，150，120mm。
8.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈工件階梯升溫采用小電流緩慢加熱，加熱速度在每小時30°C以內(nèi)。
9.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述氨氣是經(jīng)過裂解爐加熱分解后通入滲氮爐，通入氣壓為500Pa，氣體流量為800 900L/min。
10.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，其特征在于所述風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝采用脈沖電源加熱設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)電齒圈的深層離子滲氮工藝，該工藝為風(fēng)電齒圈工件裝爐后隨爐緩慢階梯升溫至520℃保溫一段時間，氨氣通入滲氮爐，繼續(xù)升溫至530℃保溫一段時間后，再降溫至510℃保溫一段時間，滲氮結(jié)束后緩慢降溫至150℃所述風(fēng)電齒圈工件出爐；優(yōu)選42CrMo風(fēng)電齒圈；更進(jìn)一步，該工藝采用機(jī)械屏蔽的方法對工件進(jìn)行防滲保護(hù)處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工藝周期短，耗能低，質(zhì)量控制精度高，齒圈滲氮后表面硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度都提高，而且畸變小，齒輪精度高，無需磨削就能直接裝配使用，完全達(dá)到風(fēng)電齒圈的質(zhì)量技術(shù)要求。
文檔編號C23C8/36GK102864408SQ201110186148
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者呂習(xí)軍 申請人:上海龍錢熱處理有限公司