本發(fā)明涉及熱處理，具體為一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法。

背景技術(shù)：

1、cr-ni-mo系列的17cr2ni2mo、20crni2mo等鋼，因其具有良好的強度、塑性、韌性和淬透性，被廣泛用于冶金、建材、水利等重大設(shè)備大型傳動裝置上的關(guān)鍵零部件大型齒輪(軸)的制造，并通過滲碳淬火熱處理實現(xiàn)提高齒輪的承載能力和疲勞強度。

2、大型齒輪軸鍛件(軸身直徑為600mm～1300mm)滲碳淬火存在的主要問題是齒輪軸零件由于截面大，冶金和鍛造質(zhì)量難以保證，因此在使用過程中易發(fā)生早期開裂和斷裂失效的問題，目前，主要解決方法為提高原材料鍛件質(zhì)量。由于大型齒輪軸的斷裂還與齒輪軸中的氫以及齒輪軸滲碳淬火后的應(yīng)力分布有著密切關(guān)系，而氫和熱處理過程中的熱應(yīng)力均是其中最關(guān)鍵的因素，齒輪軸使用過程心部缺陷在殘余應(yīng)力和較大瞬時的工作應(yīng)力下產(chǎn)生成為裂紋源并在心部快速擴展從而導(dǎo)致斷裂，同時殘余應(yīng)力也會增大氫的聚集導(dǎo)致脆斷。

3、目前，按常規(guī)熱處理方法，即對常規(guī)滲碳后的齒輪軸零件進行淬火加熱普通階梯升溫，并在淬火溫度下進行整體透熱，淬火時使表面和中心區(qū)域均冷卻至較低溫度，最后進行兩次回火消應(yīng)，采用常規(guī)熱處理工藝后，經(jīng)模擬中心區(qū)域的應(yīng)力分布較高，對齒輪軸的使用帶來極大風險，因此，需研究一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，顯著降低齒輪軸中心部位的殘余應(yīng)力，防止齒輪軸發(fā)生早期斷裂，具有重要的社會、經(jīng)濟意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，用于降低齒輪軸中心區(qū)域的殘余應(yīng)力。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，包括如下步驟，

3、s1、滲碳處理：將齒輪軸放置在加熱爐中進行升溫加熱至920～950℃，待齒輪軸心部到溫以后進行滲碳處理，滲碳處理過程中對齒輪軸保溫≥60h；

4、s2、擴氫退火：齒輪軸滲碳處理完成后，對齒輪軸進行降溫，降溫至630-680℃后對齒輪軸進行保溫，保溫過程中進行擴氫退火處理，保溫時間≥12h，保溫結(jié)束后，齒輪軸在加熱爐中冷卻到300℃以下，再將齒輪軸移出加熱爐；

5、s3、淬火升溫加熱：將齒輪軸放置在加熱爐中以2℃～5℃/分鐘的速度加熱至600～650℃，使齒輪軸心部到溫，并保溫時間6-10h，保溫結(jié)束后以1～3℃/分鐘的速度加熱至淬火溫度800～820℃；

6、s4、淬火保溫加熱：在淬火溫度800～820℃下保溫6-10h，使齒輪軸的齒部區(qū)域以及齒根以下50～100mm的區(qū)域達到淬火溫度，而齒輪軸中心區(qū)域溫度在650～770℃范圍內(nèi)；

7、s5、快速冷卻：對淬火加熱的齒輪軸出爐在油槽中進行淬火冷卻，降溫至表面100～200℃，而中心區(qū)域在200～350℃。

8、s6、第一次低溫回火：對齒輪軸淬火結(jié)束后，及時進爐低溫回火處理，將齒輪軸加熱到回火溫度200～220℃，保溫時間≥20h后出爐空冷至室溫；

9、s7、第二次低溫回火：對齒輪軸第一次低溫回火結(jié)束后，再進爐第二次回火，加熱到回火溫度200～220℃，保溫時間≥16h后出爐空冷至室溫。

10、進一步，在步驟s1中，滲碳處理采用氮基氣氛滲碳，載氣為氮氣和甲醇，富化氣為丙酮，滲碳溫度920～950℃，強滲期氣氛碳勢為1.06～1.1cp，擴散期氣氛碳勢為0.75～0.8cp，滲碳層有效硬化層深度為eht≥3.5mm。

11、進一步，在步驟s2之后步驟s3前，將齒輪軸升溫加熱到400℃，并在400℃保溫4-6h，升溫開始即通入氮氣以置換爐內(nèi)空氣。

12、進一步，在步驟s4中，整個加熱過程均通入氮氣，且加熱至760℃開始通入甲醇，加熱至800℃開始通入丙酮，保溫階段設(shè)定氣氛碳勢目標值0.75～0.8cp。

13、進一步，在步驟s7中，經(jīng)過第二次低溫回火后的齒輪軸齒面硬度滿足要求hrc58～62。

14、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明為針對冶金產(chǎn)品中的大型滲碳鋼齒輪軸經(jīng)滲碳后的淬火熱處理工藝，該工藝能夠保證大型滲碳鋼齒輪軸經(jīng)淬火后齒部區(qū)域達到高的硬度和硬化層深度，同時可顯著降低齒輪軸中心區(qū)域的殘余應(yīng)力，有效防止齒輪軸發(fā)生早期斷裂。

技術(shù)特征：

1.一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，其特征在于：包括如下步驟，

2.如權(quán)利要求1所述的一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，其特征在于：在步驟s1中，滲碳處理采用氮基氣氛滲碳，載氣為氮氣和甲醇，富化氣為丙酮，滲碳溫度920-950℃，強滲期氣氛碳勢為1.06-1.1cp，擴散期氣氛碳勢為0.75-0.8cp，滲碳層有效硬化層深度為eht≥3.5mm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，其特征在于：在步驟s2之后步驟s3前，將齒輪軸升溫加熱到400℃，并在400℃保溫4～6h，升溫開始即通入氮氣以置換爐內(nèi)空氣。

4.如權(quán)利要求1所述的一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，其特征在于：在步驟s4中，整個加熱過程均通入氮氣，且加熱至760℃開始通入甲醇，加熱至800℃開始通入丙酮，保溫階段設(shè)定氣氛碳勢目標值0.75～0.8cp。

5.如權(quán)利要求1所述的一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法，其特征在于：在步驟s7中，經(jīng)過第二次低溫回火后的齒輪軸齒面硬度滿足要求hrc58～62。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大型滲碳齒輪軸鍛件的淬火熱處理方法。包括如下步驟，S1、滲碳處理；S2、擴氫退火；S3、淬火升溫加熱；S4、淬火保溫加熱；S5、快速冷卻；S6、第一次低溫回火；S7、第二次低溫回火。發(fā)明為針對冶金產(chǎn)品中的大型滲碳鋼齒輪軸經(jīng)滲碳后的淬火熱處理工藝，該工藝能夠保證大型滲碳鋼齒輪軸經(jīng)淬火后齒部區(qū)域達到高的硬度和硬化層深度，同時可顯著降低齒輪軸中心區(qū)域的殘余應(yīng)力，有效防止齒輪軸發(fā)生早期斷裂。

技術(shù)研發(fā)人員：陶鳳云,楊磊,鄧燕斌,胡余平,孔繁華,楊曉雪,劉繼全
受保護的技術(shù)使用者：二重（德陽）重型裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6