專利名稱：重型汽車齒輪氣體滲碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重型汽車齒輪氣體滲碳技術(shù)，屬于金屬材料化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
重型汽車齒輪通過氣體滲碳；能夠改變內(nèi)部組織，提高零件的耐磨性、強度及疲勞極限，充分發(fā)揮材料的潛在性能，提高零件的內(nèi)在質(zhì)量和使用壽命。影響氣體滲碳的工藝參數(shù)有滲碳溫度、滲碳碳勢滲碳時間。傳統(tǒng)的氣體滲碳技術(shù)，其滲碳過程一般分為滲碳和擴散兩個階段，兩個階段的碳勢不同。該技術(shù)的不足是零件在滲碳期，始終處于高碳勢狀態(tài)，表面極易堆積大量的活性碳原子，影響滲碳速度和滲層碳濃度梯度分布，雖經(jīng)擴散階段的擴散，但工件淬火后難以獲得良好的滲層組織、滲層碳濃度梯度和硬度梯度。
(二)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對重型汽車齒輪現(xiàn)有氣體滲碳技術(shù)的不足，提供了一種高效節(jié)能、可控性強、穩(wěn)定可靠、提高產(chǎn)品質(zhì)量的氣體滲碳技術(shù)。
本發(fā)明是通過以下措施來實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種重型汽車齒輪氣體滲碳方法，其特別之處在于氣體滲碳采用脈沖式氣體滲碳。
本發(fā)明的氣體滲碳方法，滲碳碳勢為1.0-1.2％，擴散碳勢為0.8-1.0％。
本發(fā)明的氣體滲碳方法，滲碳劑為甲醇和丙烷，滲碳溫度920±5℃，淬火溫度為830±5℃。
本發(fā)明包括以下步驟a.根據(jù)工件技術(shù)要求按本發(fā)明的工藝曲線模式編制脈沖式氣體滲碳程序；b、通過PVH碳控儀系統(tǒng)輸入脈沖式氣體滲碳程序并編號；c、工件裝爐；d.選定脈沖式氣體滲碳程序號并執(zhí)行，進行零件脈沖式氣體滲碳；脈沖式氣體滲碳程序中碳勢的脈沖波段根據(jù)工件技術(shù)要求的滲層深度確定。
e、脈沖式氣體滲碳程序執(zhí)行完畢，發(fā)出結(jié)束信號，零件出爐。
f將工件在淬火油中淬火，完成工件脈沖式氣體滲碳。
本發(fā)明通過研究和分析零件滲碳時碳原子在滲層內(nèi)的傳遞和擴散方式，開發(fā)了一種脈沖式氣體滲碳新技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是將零件滲碳過程的碳勢設(shè)置為波段脈沖式，根據(jù)工件技術(shù)要求及滲碳各個時期的不同情況，確定每段的碳勢和時間。這種氣體滲碳方式，充分考慮了活性碳原子在滲層內(nèi)的傳遞和擴散速度，避免工件在滲碳時表面積碳和形成碳黑，提高滲碳速度，工件經(jīng)淬火后能夠獲得良好的金相組織、滲層碳濃度梯度和硬度梯度，提高了滲碳工件的內(nèi)在質(zhì)量，提高了工件的性能和使用壽命。該發(fā)明適用于具有碳勢控制功能的箱式爐、井式爐等相關(guān)氣體滲碳設(shè)備，適合于重型汽車齒輪類滲碳。
本發(fā)明在工件滲碳時采用碳勢脈沖這種方法，關(guān)鍵在于通過將工件滲碳過程的碳勢設(shè)置為脈沖式。工件滲碳的初期，在滲碳層形成之前，工件表面對活性碳原子具有很強的吸附能力，此時滲碳速度主要取決于表面反應(yīng)。碳原子由滲碳介質(zhì)進入工件是較容易的，且滲速較快。隨著滲碳時間的延長，影響滲碳速度的因素發(fā)生變化，即滲層深度的增加主要受碳在鋼中的擴散速度所控制。此時在工件表層逐漸形成滲碳層，滲碳層變成了阻礙碳原子由滲碳介質(zhì)繼續(xù)向工件內(nèi)擴散的障礙。這是因為碳原子在碳化物中的擴散系數(shù)要遠小于在奧氏體中的擴散系數(shù)。因此要提高滲碳速度，應(yīng)設(shè)法提高碳原子在工件表面的吸附能力和在工件內(nèi)部的擴散速度，在碳化物中形成有利于碳原子進一步擴散的通道。傳統(tǒng)的氣體滲碳工藝，滲碳過程較長，氣氛中活性碳原于濃度較高，吸附在工件表面，并隨著滲碳時間的延長，越靠近工件表面碳濃度越高，出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，不僅影響了滲碳速度，還導(dǎo)致滲層深度內(nèi)碳濃度分布不均勻，只能延長滲碳擴散時間或提高滲碳溫度，其結(jié)果是工件淬火后常出現(xiàn)碳化物和馬氏體級別超差，獲得的碳濃度梯度不理想，影響工件的使用性能；介質(zhì)碳勢越高，滲層碳濃度梯度越陡。采用脈沖式氣體滲碳工藝，則克服了傳統(tǒng)氣體滲碳工藝的不足，有利于形成平緩的碳濃度梯度分布。
本發(fā)明的前幾個脈沖，爐內(nèi)氣氛碳勢較高，滲速較快，高碳勢下滲碳時間較長，然后低碳勢下擴散；以后的脈沖，高碳勢下滲碳時間及低碳勢下擴散時間相對短些。這樣整個滲碳過程在高、低碳勢下進行，邊滲碳邊擴散，克服了傳統(tǒng)氣體滲碳工藝在高碳勢下完成滲碳，在低碳勢下完成擴散的弱點。
本發(fā)明的有益效果是，工件淬火后可獲得良好的滲層碳濃度梯度分布、硬度梯度分布和良好的滲碳層組織，滲碳件在硬度梯度平緩時，在復(fù)雜應(yīng)力條件下，可獲得更高的使用壽命。
(四)附圖表說明

圖1為本發(fā)明實施例中重型汽車齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中溫度-時間和碳勢-時間的工藝曲線示意圖。
圖中溫度a為升溫排氣階段；b為滲碳擴散階段；c為降溫階段；d為保溫階段；e為淬火階段。
碳勢Cp0為開始時碳勢；Cp1為滲碳碳勢；Cp2為擴散碳勢。
具體實施方式
實施例圖1給出了重型汽車齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。該齒輪為重型汽車主動傘齒輪，單件重量為18Kg，模數(shù)為10，齒數(shù)為21，材料為22CrMoH，技術(shù)要求有效滲碳層深為1.1-1.4，淬火后表面硬度為HRC59-63，心部硬度為HRC33-48，金相組織符合ZBJ04001-88汽車齒輪金相滲碳標(biāo)準(zhǔn)。使用設(shè)備為一臺可控氣氛密封箱式多用爐，裝爐量為40件。時間、碳勢、溫度等參數(shù)可在PVH系統(tǒng)的程序內(nèi)設(shè)定并執(zhí)行，工藝程序可在屏幕上顯示并有故障自診斷功能。時間由時間繼電控制；碳勢由碳控儀控制，信號由反應(yīng)靈敏的氧探頭傳遞；功率由KT系列調(diào)功器控制，并通過調(diào)功器控溫，溫度信號由熱電偶傳遞；滲碳劑為甲醇和丙烷，其中甲醇為稀釋劑，滲碳時滴量為3000ml/h；丙烷為富化氣，滲碳時維持在4-6L/min；滲碳溫度920±5℃，淬火溫度為830±5℃。
試塊采用與產(chǎn)品材料、模數(shù)、加工方式相同、具有3個齒的齒塊。按附圖2所示工藝曲線編制附表1所示的脈沖氣體滲碳程序，第一脈沖設(shè)置滲碳碳勢為1.1％，時間為45分鐘；擴散碳勢為0.9％，時間為30分鐘。第二脈沖同樣設(shè)置滲碳碳勢為1.1％，時間為45分鐘；擴散碳勢為0.9％，時間為30分鐘.第三脈沖設(shè)置滲碳碳勢為1.1％，時間為30分鐘，擴散碳勢為0.9％，時間為30分鐘.第四、五、六個脈沖都設(shè)置滲碳碳勢為1.1％，時間為30分鐘，擴散碳勢為0.9％，時間為30分鐘。本例工件工有6個脈沖。按爐量裝爐；選定脈沖式氣體滲碳程序號并執(zhí)行，進行零件脈沖式氣體滲碳；脈沖式氣體滲碳程序執(zhí)行完畢，發(fā)出結(jié)束信號，零件出爐；將工件在淬火油中淬火，完成工件脈沖式氣體滲碳。獲得相同的有效硬化層深度，傳統(tǒng)工藝滲碳和擴散總時間為420min；本發(fā)明工藝滲碳和擴散總時間為360min。
表權(quán)利要求
1.一種重型汽車齒輪氣體滲碳方法，其特征在于氣體滲碳采用碳勢脈沖式氣體滲碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的重型汽車齒輪氣體滲碳方法，其特征在于滲碳碳勢為1.0-1.2％，擴散碳勢為0.8-1.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型汽車齒輪氣體滲碳方法，其特征在于滲碳劑為甲醇和丙烷，滲碳溫度920±5℃，淬火溫度為830±5℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及重型汽車齒輪氣體滲碳技術(shù)，屬于金屬材料化學(xué)熱處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一種重型汽車齒輪氣體滲碳方法，其特別之處在于氣體滲碳采用碳勢脈沖式氣體滲碳。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)氣體滲碳工藝在高碳勢下完成滲碳，在低碳勢下完成擴散的弱點。工件淬火后可獲得良好的滲層碳濃度梯度分布、硬度梯度分布和滲碳層組織，滲碳件在硬度梯度平緩時，在復(fù)雜應(yīng)力條件下，可獲得更高的使用壽命。
文檔編號C23C8/08GK1600892SQ20041003596
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者朱連光, 李慶見 申請人:中國重型汽車集團有限公司