[发明专利]一种精准控制小模数齿轮辉光离子渗氮的工艺方法

说明书

本发明提供一种精准控制小模数齿轮辉光离子渗氮的工艺方法，该方法是利用30CrMnSiA制作小模数齿轮，渗氮合金结构钢30CrMnSiA经预备热处理调质处理后，利用辉光溅射和辅助热源升温至渗氮温度，再进行辉光离子渗氮处理。以解决现有小模数齿轮渗氮层组织、渗氮层厚度控制一致性差，容易造成小模数齿轮轮齿渗透或渗层深度不足，严重影响齿轮使用寿命的问题。属于金属材料热处理技术领域。

技术领域

本发明涉及一种精准控制小模数齿轮辉光离子渗氮的工艺方法，属于金属材料热处理技术领域。

背景技术

小模数齿轮具有传动精度高、使用寿命高的特点，通常采用齿面渗氮的方式增加齿面硬度，提高小模数齿轮的使用寿命。辉光离子氮化工艺具有高效率、低消耗、绿色环保等特点，现有的辉光离子渗氮技术在加热过程中，高速移动氮离子撞击工件表面产生内能，使工件温度升高，由于辉光离子渗氮工艺温度在420～540℃均可渗氮，使得工件在加热过程中有氮原子渗入，其渗入量无法监视测量，而不同温度段氮势不同，形成的氮化物形态不同，硬度及渗氮层深度也不一样，造成小模数齿轮渗氮层组织、渗氮层厚度控制一致性差，容易造成小模数齿轮轮齿渗透或渗层深度不足，严重影响齿轮使用寿命。

发明内容

本发明是针对小模数m＝0.5～1齿轮使用辉光离子渗氮技术存在不足之处，提供一种精准控制小模数齿轮辉光离子渗氮的工艺方法，以解决现有小模数齿轮渗氮层组织、渗氮层厚度控制一致性差，容易造成小模数齿轮轮齿渗透或渗层深度不足，严重影响齿轮使用寿命的问题。

为达到上述目的，拟采用这样一种精准控制小模数齿轮辉光离子渗氮的工艺方法，该方法是利用30CrMnSiA制作小模数齿轮，渗氮合金结构钢30CrMnSiA经预备热处理调质处理后，利用辉光溅射和辅助热源升温至渗氮温度，再进行辉光离子渗氮处理。

上述方法中，所述30CrMnSiA调质工序是将零件放入850～870℃的保护气氛炉中，保温80～100min后在80～90℃淬火油中快速冷却5～8min，随后再放入回火炉中，在600～630℃的回火炉中保温90～120min后，快速取出在水中冷却至室温，硬度28～32HRC。

上述方法中，所述辉光离子渗氮处理分为5个工步：1)将表面清洗干净的齿轮放置在离子渗氮设备阴极盘上，且相邻齿轮之间保持30～40mm距离；2)在炉内真空度60～80Pa时,采用辅助热源将阴极温度加热至170～190℃，利用稀薄氧气对工件表面进行预氧化；3)在阴极温度170～190℃时，关闭辅助热源，启动阴极电压，利用氮离子的溅射作用，对工件表面进行净化，净化时间30～50min，,期间保持炉内压力70～100Pa；4)使用辅助热源，将阴极温度以0.3～0.5℃/min的升温速度加热至温度500～510℃；5)启动阴极电压，控制保温温度500～510℃、炉内压力240～260Pa、保温时间60～70min，保温结束后随炉冷却至150℃以下，才允许出炉。

上述方法中，所述调质工序、辉光离子渗氮工序的控温过程采用热电偶测量温度，辉光离子渗氮的压力采用薄片式压力计测量压力，采用自动记录仪表记录时间、温度、压力，炉温均匀性要求为±5℃，辉光离子渗氮工序中辅助热源监视和控制热电偶布置数量不少于3支，辅助热源和辉光离子加热控制分为5～7段，每段具备均温功能。

基本原理：辉光离子渗氮工艺温度在420～540℃均可渗氮，在升温过程中表面已经有氮原子的渗入，造成小模数齿轮辉光离子渗氮深度控制差，质量不稳定。本发明是在辉光离子氮化的升温过程采用辅助热源加热的方式加热至工艺温度，消除离子升温过程的影响，仅通过控制单一的最终渗氮温度和保温时间，控制小模数齿轮渗氮质量，采用该种工艺方法，每炉批渗氮层深度一致性好，解决了小模数齿轮辉光离子渗氮层深度控制困难的问题。