抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抑制滲碳淬火工藝內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，尤其是一種抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著列車的提速對(duì)機(jī)車的性能提出了新的挑戰(zhàn)，從而對(duì)機(jī)車齒輪性能也提出了更高的要求，要求齒輪應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，以保證在最高速度與載荷下，絕對(duì)安全可靠；要求齒輪表面具有優(yōu)良的硬度和耐磨性，從而保證有良好的接觸疲勞性能，提高齒輪壽命。齒輪對(duì)于高速列車來(lái)說(shuō)是直接關(guān)系列車安全的至關(guān)重要的零部件，因此，世界各國(guó)都十分重視機(jī)車齒輪的材料與工藝研究開發(fā)。
[0003]目前，重載機(jī)車齒輪用鋼材料的熱處理大多采用滲碳淬火表面強(qiáng)化的工藝方法，這種方法會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)氧化，影響齒輪綜合力學(xué)性能，而現(xiàn)階段，滲碳淬火工藝內(nèi)氧化的控制方法主要是通過(guò)在齒輪進(jìn)爐前通入大量的氮?dú)猓褷t內(nèi)的氧化性氣氛進(jìn)行置換，使?fàn)t內(nèi)的氧化性氣體的含量減小，使齒輪滲碳淬火過(guò)程中的內(nèi)氧化產(chǎn)生量減小，滲碳工藝采用強(qiáng)滲+擴(kuò)散兩段法進(jìn)行滲碳，強(qiáng)滲碳勢(shì)為1.2%，擴(kuò)散碳勢(shì)位0.7%。
[0004]但是，目前的這種技術(shù)方案中對(duì)內(nèi)氧化的控制和減少上無(wú)法達(dá)到IS06336-5《直齒和斜齒齒輪承載能力的計(jì)算第5部分材料的強(qiáng)度和質(zhì)量》中的齒輪ME級(jí)要求，僅可達(dá)到MQ級(jí)要求。
[0005]在IS06336-5《直齒和斜齒齒輪承載能力的計(jì)算第5部分材料的強(qiáng)度和質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)中，內(nèi)氧化的指標(biāo)隨著滲碳層深的增加指標(biāo)值隨之增加，現(xiàn)有的工藝方法中對(duì)深層滲碳內(nèi)氧化的減少?zèng)]有相應(yīng)的工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種通過(guò)控制滲碳過(guò)程中的碳勢(shì)及將滲碳過(guò)程從兩段分解為四段，從而抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，包括如下步驟:
S1，第一滲碳階段:將齒輪在920°C的滲碳爐中，并在指定碳勢(shì)條件下進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的滲碳；
S2，第二滲碳階段:保持滲碳爐內(nèi)溫度，并在指定滲碳條件下進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的滲碳，接著降溫至860°C均溫2-3小時(shí)，出爐冷卻；
S3，高溫回火步驟:將經(jīng)過(guò)滲碳的齒輪置入回火爐內(nèi)加熱至640°C保溫4小時(shí)；
S4，淬火步驟:將經(jīng)過(guò)高溫回火的齒輪升溫至830-840°C保溫6小時(shí)，出爐后置入指定溫度的鹽水中進(jìn)行淬火；
S5，低溫回火:將經(jīng)過(guò)淬火的齒輪置入回火爐中加熱至210-230°C，并保溫9-10小時(shí)，隨后，出爐空冷。
[0007]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:當(dāng)滲碳爐內(nèi)溫度達(dá)到760°C時(shí)通入甲醇，當(dāng)滲碳爐內(nèi)溫度達(dá)到800°C時(shí)通入丙烷，使?jié)B碳爐內(nèi)形成滲碳?xì)夥铡?br>[0008]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:所述第一滲碳階段包括第一高碳勢(shì)強(qiáng)滲階段和第一低碳勢(shì)擴(kuò)散階段，且所述第一高碳勢(shì)強(qiáng)滲階段的碳勢(shì)為1.10 ±0.03C%，所述第一低碳勢(shì)擴(kuò)散階段的碳勢(shì)為0.85±0.03C%。
[0009]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:所述第二滲碳階段包括第二高碳勢(shì)強(qiáng)滲階段和第二低碳勢(shì)擴(kuò)散階段，且所述第二高碳勢(shì)強(qiáng)滲階段的碳勢(shì)與所述第一高碳勢(shì)強(qiáng)滲階段碳勢(shì)相同，所述第二低碳勢(shì)擴(kuò)散階段的碳勢(shì)和所述第一低碳勢(shì)擴(kuò)散階段的碳勢(shì)相同。
[0010]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳劑流量來(lái)調(diào)節(jié)碳勢(shì)。
[0011]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:在所述S4，淬火步驟中，滲碳爐內(nèi)的碳勢(shì)與第二低碳勢(shì)擴(kuò)散階段的碳勢(shì)相同。
[0012]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:所述鹽水是硝鹽溶液，其中含水量為0.5-1%
優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:所述鹽水的溫度為 170-200°C。
[0013]優(yōu)選的，所述的抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，其中:在所述S1，第一滲碳階段之前還包括S6，預(yù)處理步驟，將齒輪置入滲碳爐內(nèi)，向滲碳爐內(nèi)充入氮?dú)庵脫Q爐內(nèi)空氣，隨后，升溫至650°C均溫2小時(shí)。
[0014]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
本方法操作簡(jiǎn)單，流程合理，通過(guò)碳勢(shì)的控制從而減小內(nèi)氧化的產(chǎn)生傾向，改善齒輪的綜合力學(xué)性能；同時(shí)避免惡化齒輪的金相組織，導(dǎo)致碳化物和殘余奧氏體超出標(biāo)準(zhǔn)要求，最終導(dǎo)致齒輪的使用壽命下降的問(wèn)題；另一方面，通過(guò)四段法，使第二次強(qiáng)滲的高碳勢(shì)對(duì)第一次的擴(kuò)散低碳勢(shì)產(chǎn)生的內(nèi)氧化產(chǎn)生部分還原，從而使內(nèi)氧化進(jìn)一步減小，尤其是在深層滲碳(滲碳層深度大于3.5mm)的工藝上效果更明顯，處理后的齒輪能夠達(dá)到ME級(jí)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明中第一滲碳階段和第二滲碳階段過(guò)程示意圖；
圖2是本發(fā)明中高溫回火階段過(guò)程示意圖；
圖3是本發(fā)明中高溫回火至最終階段示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0017]經(jīng)發(fā)明人研究和實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，在滲碳淬火過(guò)程中，滲碳?xì)夥罩杏幸欢ǖ难鮿?shì)，在通常受控的爐氣碳勢(shì)范圍內(nèi)，除了碳向鋼中擴(kuò)散以外，氣氛中的氧也向鋼中擴(kuò)散，由于氧勢(shì)并不高，對(duì)鐵元素來(lái)說(shuō)已處于還原狀態(tài)的環(huán)境中，也就是說(shuō)，鐵不會(huì)發(fā)生氧化，但鋼中所含的某些合金元素，例如Cr、Mn、Si等，由于發(fā)生氧化的氧分壓很低(即比鐵更容易氧化)，也就是說(shuō)，此時(shí)氣氛中的氧勢(shì)仍然相對(duì)較高，出現(xiàn)了某些元素被氧化的化學(xué)反應(yīng)。
[0018]這些合金元素的氧化不僅發(fā)生在晶粒邊界，而且也發(fā)生在晶粒內(nèi)部。即出現(xiàn)內(nèi)氧化，而且滲碳時(shí)間越長(zhǎng)，透入的深度越大。
[0019]鋼中的上述合金元素，表面層發(fā)生氧化后，造成氧化物周圍的該合金元素貧化，致使奧氏體的穩(wěn)定性(淬透性)下降，在滲碳一直接淬火的工藝下，出現(xiàn)索氏體一類非馬氏體組織，即所謂黑色組織，使表層硬度下降；黑色組織的出現(xiàn)還會(huì)改變滲碳層的內(nèi)應(yīng)力分布，這些對(duì)鋼的疲勞壽命和耐磨性有相當(dāng)明顯的損害。
[0020]由于氧勢(shì)與碳勢(shì)在一定范圍內(nèi)成反比，即氧勢(shì)越低則碳勢(shì)越高，氧勢(shì)越高，碳勢(shì)越低，而在常用的滲碳工藝中，如果把氧勢(shì)降得很低，達(dá)到使那些容易被氧化的合金元素也不易發(fā)生氧化的水平，而此時(shí)滲碳?xì)夥罩械奶紕?shì)又將升到很高的數(shù)字，造成碳勢(shì)超出控制范圍而失控現(xiàn)象，這種此消彼長(zhǎng)、顧此失彼的矛盾現(xiàn)象，就成了解決問(wèn)題的難點(diǎn)。
[0021]針對(duì)上述情況，本發(fā)明研究了一種抑制齒輪深層滲碳淬火過(guò)程內(nèi)氧化產(chǎn)生的方法，本技術(shù)方案根據(jù)碳勢(shì)上升，氧勢(shì)下降，碳勢(shì)高，爐內(nèi)還原性氣氛高的原理，把現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)散階段的碳勢(shì)從0.7%提升為0.85%，可以有效地降低氧化氣體的存在，從而減小內(nèi)氧化的產(chǎn)生傾向。
[0022]在提升擴(kuò)散碳勢(shì)的同時(shí)，需要減小強(qiáng)滲時(shí)的碳勢(shì)，以免惡化齒輪的金相組織，導(dǎo)致碳化物和殘余奧氏體超出標(biāo)準(zhǔn)要求，最終導(dǎo)致齒輪的使用壽命下降的問(wèn)題。
[0023]并且，在降低強(qiáng)滲碳勢(shì)，提升擴(kuò)散碳勢(shì)的同時(shí)，修改原先的兩段法(強(qiáng)滲+擴(kuò)散共兩段)為四段法(強(qiáng)滲+擴(kuò)散+強(qiáng)滲+擴(kuò)散共四段)，使第二次強(qiáng)滲的高碳勢(shì)對(duì)第一次的擴(kuò)散低碳勢(shì)產(chǎn)生的內(nèi)氧化產(chǎn)生部分還原，從而使內(nèi)氧化減小，尤其是在深層滲碳的工藝上效果更明顯。
[0024]具體的，其工藝過(guò)程如下:
S6，預(yù)處理步驟，將齒輪經(jīng)過(guò)清洗、刷涂料、烘干后按照熱處理工藝吊裝在熱處理工裝中，隨后整體吊入滲碳爐中，開啟電源，在程序開始時(shí)，通入大量的氮?dú)鈱?duì)爐內(nèi)氣氛進(jìn)行置換，以降低爐內(nèi)氧氣及其他氧化氣體的含量，初步避