一種齒輪制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種齒輪制造工藝，用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrAl鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為：碳含量為0.17～0.22％、鋁含量為1.1～1.2％、鉻含量為1.3～2.0％，磷和硫含量分別都小于0.004％，含氧和含氫量分別為4ppm和0.4ppm以下，其余為鐵；(2)采用常規(guī)的鍛造或者軋制對原材料進行塑性熱加工。本發(fā)明涉及的這種齒輪制造工藝，熱處理簡單、脫碳敏感性小、退火硬度適中、耐腐蝕，材料價格低。
【專利說明】一種齒輪制造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種齒輪制造工藝，屬于機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，齒輪是機械設(shè)備中的關(guān)鍵基礎(chǔ)零件，它既要具有優(yōu)良抗接觸疲勞性能，齒輪質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個設(shè)備的使用壽命。而齒輪質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于齒輪材料及其熱處理工藝。其制造工藝中常用熱處理為淬火和低溫回火，出于低溫回火不能徹底消除內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體，工件在長期保存或使用過程中會發(fā)生變形。為避免這種情況發(fā)生，需進行較為復(fù)雜的熱處理。無鉻齒輪鋼是后來發(fā)展出的多元合金齒輪鋼，其中往往含有硅、錳、鑰、釩等合金元素，不銹鋼是適應(yīng)化學(xué)、石油、造船等工業(yè)發(fā)展而研制的。在各種腐蝕環(huán)境中工作的齒輪必須有高的耐蝕性能，一般含鉻量的鋼已不能勝任，因此發(fā)展了高碳高鉻不銹鋼。鉻是此類鋼的主要合金元素，如9Crl8、9Crl8Mo等。它的不足之處是應(yīng)用范圍有局限性。航空發(fā)動機、航天飛行器、燃?xì)廨啓C等裝置中的齒輪是在高溫高速和高負(fù)荷條件下工作的，其工作溫度在300°C以上，42CrMo鋼的最高工作溫度不超過180°C，含硅、鑰、釩、鋁的低合金齒輪鋼的工作溫度也只能在250°C以下，如果溫度再升高，則會導(dǎo)致硬度急劇下降而失效。因此在較高溫度下工作的齒輪，應(yīng)采用具有足夠高的高溫硬度、高溫耐磨性、高溫接觸疲勞強度及高的抗氧化等性能齒輪鋼。目前高溫鋼有二類:高速鋼類(如W18Cr4V)和高鉻馬氏體不銹鋼(如Crl4Mo4V)，它的不足之處是價格比較高。這些齒輪在極高的接觸應(yīng)力下工作，頻繁地經(jīng)受沖擊和磨損，因此對大型齒輪除應(yīng)有對一般齒輪的要求外，還要求心部有足夠的韌性和高的抗壓強度及硬度，所以選用低碳的合金滲碳鋼來制造。經(jīng)滲碳淬火和低溫回火后，表層堅硬耐磨，心部保持高的強韌性，同時表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)，對提高疲勞壽命有利。常用的滲碳齒輪鋼有20Cr、20CrMnT1、35#鋼、45#鋼、40Cr、42CrMo、35CrMo等，他們不足之處是價格比較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種齒輪制造工藝，熱處理簡單、脫碳敏感性小、退火硬度適中、耐腐蝕、價格低的硬貝氏體齒輪制造工藝。本發(fā)明主要是采用滲碳處理方法以及專門的熱處理方法將具有一定化學(xué)成分的齒輪加工成表層為硬貝氏體組織、心部為低碳回火馬氏體的高性能齒輪。
[0004]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種齒輪制造工藝，(I)采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrAl鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量為0.17?0.22%、鋁含量為1.1?1.2%、鉻含量為1.3?2.0%，磷和硫含量分別都小于
0.004%，含氧和含氫量分別為4ppm和0.4ppm以下,其余為鐵；(2)采用常規(guī)的鍛造或者軋制對原材料進行塑性熱加工；(3)將上述塑性熱加工的材料進行機械冷加工成齒輪；(4)將上述齒輪加熱至930?950°C，滲碳210?300分鐘，滲碳后齒輪表面碳含量為1.0?
1.2wt%、滲碳層深度1.1?1.5mm ； (5)齒輪的熱處理: a、將上述齒輪加熱到910?930°C保溫80?120分鐘，進行正火處理；
b、將上述齒輪加熱到870?880°C保溫80?120分鐘，進行奧氏體化處理，然后在210?300°C保溫60?200分鐘進行等溫淬火處理；
C、將上述齒輪空氣冷卻到室溫，在-100?_70°C保持60?90分鐘； d、將上述齒輪加熱到180?240°C保溫80?120min進行回火處理。
[0005]在20CrAl成分鋼中加入N1、Mo或者W元素，并且鑰含量< 0.45wt %,鎳含量
<0.45wt %，鎢含量< 0.9wt %。
[0006]本發(fā)明涉及的這種齒輪制造工藝，是通過在略高于材料的Ms點溫度等溫淬火而獲得亞結(jié)構(gòu)尺寸非常細(xì)小，且不存在碳化物的貝氏體組織，它具有淬火馬氏體組織的硬度和調(diào)質(zhì)組織的韌度。

【具體實施方式】
[0007]采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrAl鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量為0.18?0.21%、鋁含量為1.1?1.2%、鉻含量為1.4?1.9%，磷和硫含量分別都小于0.004%，含氧和含氫量分別為4ppm和0.4ppm以下,其余為鐵；采用常規(guī)的鍛造或者軋制對原材料進行塑性熱加工；將上述塑性熱加工的材料進行機械冷加工成齒輪；將上述齒輪加熱至930?940°C，滲碳220?300分鐘，滲碳后齒輪表面碳含量為1.1?
1.2wt%、滲碳層深度1.2?1.5mm ; (5)齒輪的熱處理:
a、將上述齒輪加熱到910?920°C保溫80?110分鐘，進行正火處理；
b、將上述齒輪加熱到870?880°C保溫80?110分鐘，進行奧氏體化處理，然后在220?290°C保溫80?180分鐘進行等溫淬火處理；
C、將上述齒輪空氣冷卻到室溫，在-90?_70°C保持60?80分鐘； d、將上述齒輪加熱到190?230°C保溫80?10min進行回火處理。
[0008]在20CrAl成分鋼中加入N1、Mo或者W元素，并且鑰含量< 0.44wt%，鎳含量
<0.44wt %,鶴含量< 0.8wt %。
[0009]本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:本發(fā)明的產(chǎn)品一方面保證了齒輪的淬透性能，使之經(jīng)過淬火后心部得到馬氏體組織，另一方面保證了齒輪的表層易于獲得貝氏體組織，并且貝氏體應(yīng)是無碳化物貝氏體。這有利于提高齒輪的抗?jié)L動接觸疲勞性能。該齒輪母體材料組織狀態(tài)為回火馬氏體組織，其保持了回火馬氏體組織的拉力和沖擊等常規(guī)力學(xué)性能。本發(fā)明的表層具有硬貝氏體組織齒輪的滾動接觸疲勞壽命是傳統(tǒng)42CrMo疲勞壽命的3倍以上。利用摩擦磨損試驗機測試了這種硬貝氏體組織的摩擦磨損性能，發(fā)現(xiàn)其摩擦磨損性能是傳統(tǒng)42CrMo鋼的3倍以上。換句話說:獲得心部回火馬氏體而表面為超細(xì)貝氏體組織的高性能齒輪，這樣的齒輪在使用過程中尺寸穩(wěn)定，在高應(yīng)力條件下，其使用壽命比目前廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)42CrMo鋼齒輪疲勞壽命提高2倍以上。
[0010]本發(fā)明所述的【具體實施方式】并不構(gòu)成對本申請范圍的限制，凡是在本發(fā)明構(gòu)思的精神和原則之內(nèi)，本領(lǐng)域的專業(yè)人員能夠作出的任何修改、等同替換和改進等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪制造工藝，其特征在于:(1)采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈200八1鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量為0.17?0.22%、鋁含量為1.1?1.2%、鉻含量為1.3?2.0%，磷和硫含量分別都小于0.004%，含氧和含氫量分別為4卯0和0.4卯!II以下，其余為鐵；⑵采用常規(guī)的鍛造或者軋制對原材料進行塑性熱加工；⑶將上述塑性熱加工的材料進行機械冷加工成齒輪；(4)將上述齒輪加熱至930?9501，滲碳210?300分鐘，滲碳后齒輪表面碳含量為1.0?1.2被％、滲碳層深度1.1?1.5臟；(5)齒輪的熱處理: ￡1、將上述齒輪加熱到910?9301保溫80?120分鐘，進行正火處理； 以將上述齒輪加熱到870?8801保溫80?120分鐘，進行奧氏體化處理，然后在210?3001保溫60?200分鐘進行等溫淬火處理； 匕將上述齒輪空氣冷卻到室溫，在-100?-701保持60?90分鐘； 己、將上述齒輪加熱到180?2401保溫80?120-11進行回火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪制造工藝，其特征在于:在200“成分鋼中加入附、10或者I元素，并且鑰含量? 0.45被%，鎳含量? 0.45被%，鎢含量? 0.9被%。
【文檔編號】C22C38/44GK104451705SQ201410618984
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】錢文明 申請人:無錫市百順機械廠