[发明专利]一种齿轮的渗碳淬火方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种铁的冶金，特别是一种齿轮的渗碳淬火方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，轻量化已经是汽车业的发展趋势，因此提高汽车零部件强度的技术、工艺越来越受到汽车行业的重视。由于汽车零部件大多需要采用高强度和耐磨的材料，所以发动机、驱动系统中的齿轮、齿轴等部件均采用渗碳淬火工艺。

在生产过程中，渗碳淬火的工件表面层中经常出现连续或不连续的网状或块状黑色组织，而此处恰好不是表层压应力最大的区域，已被公认是由于内氧化而贫合金化元素导致形成屈氏体类组织，也被称为非马氏体组织，一旦形成此类组织，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲劳极限等性能指标。因此国内外知名的汽车制造厂家大都对非马氏体层厚度有明确的规定，如德国波尔特、奔驰、宝马公司要求齿轮非马氏体层厚度必须在3μm以下。

现有渗碳淬火工艺常用的主要有以下几种：①渗碳预冷后，直接淬火。②渗碳空冷后一次淬火。现有的技术方案①淬火后渗层中残余奥氏体量偏高，尤其对于本质粗晶粒钢，表面易形成网状碳化物，表面硬度难以达到技术要求。方案②比方案①性能有所改善，但对于力学性能要求较高的关键零部件仍然很难满足技术要求。为此通常采用在渗碳淬火后磨齿，但磨齿会将压应力转成拉压力，对工件的机械性能不利；或进行喷丸强化，但该压应力在高速旋转生热中衰减，影响其机械性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种齿轮表面残余奥氏体含量和非马氏体层厚度低的渗碳淬火方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种齿轮的渗碳淬火方法，其特征在于，本方法依次按渗碳、预冷淬火、高温回火、二次淬火和低温回火步骤进行。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的渗碳的温度范围为900～950℃。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的预冷淬火由依次为预冷和淬火两个步骤组成或由依次为预冷、淬火和清洗三个步骤组成。淬火结束后进行清洗，防止淬火油中的杂质或淬火油高温加热后在工件表面形成附着的固体物。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的二次淬火的温度值略低于预冷淬火的温度值。

渗碳是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热并保温，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。经过渗碳的齿轮表面具有很高的硬度，进而提高了耐磨程度。

预冷淬火降低了齿轮的温度，以降低齿轮表面残余奥氏体含量和降低齿轮内应力，以及能细化晶粒。同时使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合高温回火，以大幅提高齿轮的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足齿轮的使用要求。齿轮在淬火后仍有较多的残余奥氏体，通过二次淬火能使残余奥氏体转变从而提高钢的硬度。经过低温回火的齿轮具有高硬度和高耐磨性。

工件渗碳后，表面碳含量升高，C曲线下移，组织转变温度相应降低。因此二次淬火的温度值略低于预冷淬火的温度值可防止残余奥氏体量的增多，有效防止晶粒长大和降低内应力及热应力。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的预冷是将齿轮预冷至820～860℃，保温30～45分。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的淬火是将齿轮浸入淬火油中；所述的淬火油的温度保持在50～80℃，并搅拌淬火油。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的清洗是利用汽油进行。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的高温回火是将齿轮加热到500～650℃，并保温适当的时间。根据零件的质量和数量进行长时间的回火，必须保证零件的均温性。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的高温回火在预冷淬火之后4小时之内进行。及时进行高温回火处理能防止工件开裂。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的二次淬火是先将齿轮加热到780～820℃并保温适当的时间，然后将齿轮浸入淬火油中。保温时间根据零件的数量和质量制定，但必须保证透热和均温。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的低温回火是将齿轮加热到160～200℃并保温适当的时间。

在上述的齿轮的渗碳淬火方法中，所述的低温回火是先将齿轮利用汽油进行清洗，然后将齿轮加热到160～200℃并保温适当的时间。在此工序中保温时间尽量延长，以保证工件的性能和应力的消除。