一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領域，具體是一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于承受重載、沖擊和復雜應力的齒輪，要求具有耐磨、抗表面接觸疲勞和抗彎曲疲勞等綜合性能。目前，在高參數(shù)硬齒面齒輪制造中，滲碳淬火處理是最主要的表面強化方式。但其存在的突出問題是齒輪的畸變。齒輪的畸變不僅使后續(xù)的磨削量增加，增高生產(chǎn)成本，而且還影響齒輪的承載能力和使用性能。因此，在上世紀初，德國科學家采用高Ni合金鋼生產(chǎn)高負荷齒輪。隨著世界性節(jié)能浪潮的推動和新工藝的不斷采用，材料潛力逐漸被發(fā)掘出來。多種含Ni材料應運而生，而經(jīng)過試驗驗證，17CrNiMo6材料由于良好的綜合性能在逐漸被廣泛應用。
[0003]17CrNiMo6材料為德國標準材料，近兩年引進于國內(nèi)機械加工行業(yè)。在制作重型機械齒輪鍛件中應用較為廣泛。17CrNiMo6合金鋼的化學成分如下:碳(C):0.15-0.20 ;硅
(Si):彡 0.40 JIi(Mn):0.40-0.60 At(S):彡 0.035 ;磷(卩):彡 0.035 ;鉻(0):1.50-1.80 ；鎳(Ni):1.40-1.70 ;.(Μο):0.25-0.35。
[0004]現(xiàn)有齒輪，技術(shù)要求熱處理:淬火，低溫回火，表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。由于零件外形特殊，頭部有凹槽，中間有頸，頭尾兩端大小不一致，按照普通加工工藝進行熱處理，其變形量大，故采用以下加工工藝路線:鍛坯粗車-等溫正火-精車-滾花鍵-滾齒-齒廓倒棱-滲碳、高溫回火-軸向剃齒-淬火-回火拋丸-研磨中心孔-靠磨端面。為保證達到技術(shù)要求的熱處理效果，分三步進行:①預備熱處理:等溫正火，硬度HB170-200 ;②中間熱處理:滲碳、高溫回火，硬度HB170-210 ;③最終熱處理:淬火、低溫回火,表面硬度HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。
[0005]據(jù)此工藝，等溫正火溫度為900°C，淬火溫度為800°C，采用滲碳處理。等溫正火后工件硬度范圍在HB170-185，處于技術(shù)要求中下限。在最終熱處理后發(fā)現(xiàn)，工件外表面形成一種含下貝氏體及馬氏體的復合網(wǎng)狀碳化物，這種物質(zhì)經(jīng)拋丸處理不易去除，花鍵部位齒形、齒向及公法線變形量均一致增大0.02_，制齒部位齒形、齒向及公法線變形量呈“八”字形狀且增大，致使在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)剃齒難以完成、剃齒刀磨損較快以及剃后工件齒面有黑皮等問題。而且，在后續(xù)磨削加工中頻頻出現(xiàn)磨削裂紋。產(chǎn)生以上結(jié)果的原因主要是滲層在冷卻過程中產(chǎn)生不均勻相變。而相變受下述四個因素影響:
1、滲碳溫度的影響
由于碳在鐵素體中的溶解度較小(最高約為0.025%)，而在奧氏體狀態(tài)下，滲碳溫度越高，碳在其中的擴散系數(shù)越大，即滲碳速度越大。但溫度不宜過高，否則滲碳設備使用壽命顯著下降或損壞，而且溫度過高時間過長會造成滲層組織粗大，碳化物級別超差，工件畸變加大等缺陷。
[0006]2、碳濃度的影響
緩冷裂紋與滲碳時的碳勢有關。
[0007]在滲碳初期，由于工件表面窮碳，接受活性碳原子的能力很強，滲碳速度較快，此時爐內(nèi)碳勢較低，需要向爐內(nèi)通過大量的滲劑，以維持爐內(nèi)的碳勢，具體還與裝爐量有關，此時如果不能及時補充滲劑，可能造成滲碳時間過長，碳濃度分布曲線下凹等缺陷，但也不能過強，否則可能出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物而無法消除。
[0008]當工件表面含碳量不斷升高，碳勢不斷建立的情況下，應逐步減少滲劑的加入，滲碳進入擴散階段，如果此時仍保持大劑量的滲劑，就要形成表面網(wǎng)狀碳化物，使?jié)B層的強度下降，脆性增加，尤其是抗拉強度的下降，對防止出現(xiàn)緩冷裂紋相當不利。
[0009]3、滲碳時間的影響
當滲碳溫度、碳勢確定以后，滲碳時間主要取決于有效硬化層深度，滲碳時間越長，硬化層越深，反之越淺。對于17CrNiMo6鋼硬化層在10-15 μ m的工件，如果擴散期控制不好，時間過短，有可能造成滲層碳濃度分布曲線過陡，在以后的緩冷過程中，形成緩冷裂紋。
[0010]4、緩冷速度的影響
緩冷一般是在冷卻井中進行的，其冷卻速度應比空冷更加緩慢，以便盡可能得到較平衡的組織。如果由于某種原因，使緩冷速度相當于空冷速度，結(jié)果就要出現(xiàn)緩冷裂紋。分析結(jié)果也表明，當滲碳層表面的含碳量達到共析成分以上時，滲層的淬透性不完全相同，在特定的緩冷速度下，發(fā)生不均勻相變，中間層的馬氏體比容較大，使表面受拉應力，由于表層有惡化，承受不了大的拉力而開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法，可以有效避免齒輪外表面形成網(wǎng)狀碳化物，使齒輪經(jīng)熱處理、后續(xù)加工過程后達到技術(shù)標準要求。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的熱處理工藝方法為:鍛坯粗車-等溫正火-精車-滾花鍵-滾齒-齒廓倒棱-軸向剃齒一氣體碳氮共滲-高溫回火-淬火-回火拋丸-研磨中心孔-靠磨端面。
[0013]所述等溫正火溫度控制在950-970°C，淬火溫度為800—830°C。
[0014]所述氣體碳氮共滲時將碳、氮氣體沖入，滲碳溫度控制在870°C -890°C，在擴散期，將碳含量降到0.7%C-08%、氮含量降到12%-20%，并保持110 —130分鐘，滲碳后工件隨爐緩冷3.5-4小時再出爐空冷，經(jīng)過自然時效處理后，再進行后續(xù)加工。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，熱處理后剃齒加工容易，剃齒刀磨損減少，增加刀具使用壽命，降低磨刀成本；齒輪的耐磨、抗表面接觸疲勞和抗彎曲疲勞等綜合性能有大幅度提高，可有效承受重載、沖擊和復雜應力要求。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的熱處理工藝方法為:鍛坯粗車-等溫正火-精車-滾花鍵-滾齒-齒廓倒棱-軸向剃齒一氣體碳氮共滲-高溫回火-淬火-回火拋丸-研磨中心孔-靠磨端面。本發(fā)明的等溫正火溫度控制在950-970°C，淬火溫度為800°C _830°C，并采用氣體碳氮共滲后高溫回火這種熱處理方式。本發(fā)明在提高等溫正火溫度后，實際出爐工件硬度為HB190-200，符合技術(shù)要求。且在此硬度下，后續(xù)精加工工件表面質(zhì)量更好。通過加大溫差，可以增加過冷度，使晶粒細化，金相組織更好。而且，等溫正火的溫度控制得當，一則，大大降低了工件在后續(xù)加工中的變形量，可改善此材料的切削加工性；二則，使材料內(nèi)部應力分布均勻，利于后續(xù)熱處理，減小熱處理變形量。
[0017]通過現(xiàn)有技術(shù)對影響相變的四個相關因素的分析以及試驗期工件的實際熱處理質(zhì)量可知，為減少相變，首先，滲碳溫度應控制在870°C _890°C左右。由于鋼的塑性強度隨溫度的升高而降低，溫度越高，工件的蠕變傾向越大，而且滲碳溫度影響奧氏體晶粒度，滲碳溫度越高，奧氏體晶粒越大，工件畸變越大。經(jīng)過試驗驗證，滲碳溫度控制在880°C左右為宜。再則，要避免滲層中產(chǎn)生大量網(wǎng)狀碳化物。對于17CrNiMo6這種含Cr、Mo強碳化物形成元素的鋼，滲碳時碳勢不能過高，尤其是到了擴散期，一定要把碳含量降到0.7-0.8%，氮含量降到12%-20%，并保持110-130分鐘時間，防止產(chǎn)生碳化物，滲碳時間過長或過短，對工件質(zhì)量均有影響。滲碳后工件隨爐緩冷3.5-4小時再出爐空冷，經(jīng)過自然時效處理后，再進行后續(xù)加工。
[0018]本發(fā)明采用氣體碳氮共滲的共滲層比純滲碳層硬度高，耐磨性、抗蝕性和疲勞強度更好；比純滲氮層深度大，表面脆性小而抗壓強度高；碳氮共滲速度快，生產(chǎn)率高，變形開裂傾向小。
【主權(quán)項】
1.一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法，其特征在于:其熱處理工藝方法為:鍛坯粗車_等溫正火_精車_滾花鍵_滾齒_齒廓倒棱_軸向剃齒一氣體碳氮共滲_聞溫回火-淬火-回火拋丸-研磨中心孔-靠磨端面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法，其特征在于:所述等溫正火溫度控制在950-970°C，淬火溫度為800—830°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法，其特征在于:所述氣體碳氮共滲時將碳、氮氣體沖入，滲碳溫度控制在870°C -890°C，在擴散期，將碳含量降到0.7%C-08%、氮含量降到12%-20%，并保持110 —130分鐘，滲碳后工件隨爐緩冷3.5-4小時再出爐空冷，經(jīng)過自然時效處理后，再進行后續(xù)加工。
【專利摘要】一種17CrNiMo6材料齒輪加工工藝方法，涉及金屬材料領域。其加工工藝為：鍛坯粗車-等溫正火-精車-滾花鍵-滾齒-齒廓倒棱-軸向剃齒--氣體碳氮共滲-高溫回火-淬火-回火拋丸-研磨中心孔-靠磨端面；等溫正火溫度950-970℃，淬火溫度800-830℃；滲碳溫度870℃-890℃，擴散期，碳、氮含量分別降到0.7%C-08%、12%-20%，并保持110—130分鐘，滲碳后工件隨爐緩冷3.5-4小時再出爐空冷，經(jīng)過自然時效處理后，再進行后續(xù)加工。本發(fā)明剃齒加工容易，剃齒刀磨損減少，刀具使用壽命長，成本低；齒輪耐磨、抗表面接觸疲勞和抗彎曲疲勞等綜合性能高，可有效承受重載、沖擊和復雜應力要求。
【IPC分類】C21D1/18, C23F17/00, C21D1/28, C21D9/32, C23C8/32
【公開號】CN105002507
【申請?zhí)枴緾N201510062927
【發(fā)明人】蘇松科, 張曉 , 張艷軍
【申請人】襄陽長源東谷實業(yè)股份有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年2月6日