铬镍钢齿轮渗碳淬火新工艺

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:3

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摘要：铬镍钢齿轮，特别是20Cr2Ni4钢齿轮，以往由于渗碳淬火后表层存在大量的残余奥氏体，所以在渗碳后淬火之前进行一次高温回火，即一次淬火法。其生产率低，耗能多。经我们多年实践，采用微机控制渗碳，实现齿轮渗碳后直接淬火工艺。
关键词：微机控制；一次淬火；直接淬火；残余奥氏体

1．前言

我厂磨煤机减速箱齿轮有螺旋伞齿轮、圆柱齿轮，其外形尺寸最大直径982mm，最大模数m=14，采用S17Cr2Ni2Mo，20Cr2Ni2Mo，J20CrNi2Mo铬镍渗碳钢制造。也曾制造一批20Cr2Ni4钢重载齿轮。其工艺路线：锻造——正火加回火——粗车——消除应力——半精加工——渗碳淬火加低温回火——精加工。

对齿轮的渗碳淬火，我们最初采用一次淬火法，即齿轮渗碳后进行高温回火再加热到淬火温度进行淬火。由于我们只有一台滴控井式渗碳炉，齿轮的渗碳、淬火、高温回火都在这个炉子进行。生产周期长，不能满足日益增长的生产量的需求，迫切需要改变现有的一次淬火法，实现齿轮渗碳后降至淬火温度保温30分钟后进行油冷的直接淬火法。
经我们多次工艺试验实现了这一目标。从1995年开始，每年要处理大小齿轮近百套，每炉节约20小时，每炉可节约1500kW·h(度)，极大的提高了劳动生产率，满足了生产的需要，如期完成总厂下达的生产任务。

2．合金渗碳钢齿轮技术要求

为满足使用要求，合金渗碳钢齿轮技术要求：

1)齿轮锻坯正火后的硬度HB≤229。
2)渗碳淬火后硬度：齿面58～62HRC，芯部40～45HRC。
3)齿面渗碳层深度：根据不同模数的齿轮，一般为1.5～2.5mm。
4)齿轮锻坯奥氏体晶粒度6级以上，带状铁素体在2级以下。
5)齿面渗碳淬火后组织为隐晶或细针状马氏体组织，不许有针状和网状碳化物及大量残余奥氏体存在。碳化物3级以下合格，马氏体加残余奥氏体3级以下合格。心部淬火后为低碳马氏体组织，心部铁素体不允许超过2级。
6)齿面渗碳淬火后硬度梯度平缓，碳浓度平缓。
7)齿轮精度等级6级。

3．严格控制齿轮锻坯的质量

我厂生产的减速箱齿轮锻坯委托外厂冶炼锻造。为确保锻坯质量，对进厂的锻坯都要进行复验，其中包括表面质量，机械性能，非金属夹杂物，低倍组织，奥氏体晶粒度，带状组织等必须达到技术要求的合格范围。并用同一熔炼炉号，同一材料，同一锻造工艺的锻坯，制成与齿轮同模数的齿形(单齿)渗碳淬火试块。

4．认真做好预备热处理

齿轮锻坯的预备热处理的好坏直接关系到后序的渗碳淬火的质量。其中包括马氏体针的粗细。严格执行正火加回火工艺，我们选用的正火温度高于渗碳温度20℃，即940℃保温3小时空冷，650～700℃保温4小时空冷。1OOKW台车炉装炉量8件，严格检查齿轮锻坯正火后的硬度和金相组织和晶粒度的检查。组织为细珠光体，晶粒度优于6级。

5．齿轮渗碳淬火设备及工艺

我们使用150KW滴注式井式渗碳炉对齿轮进行渗碳淬火，其有效尺寸为Φ1200×1200，该炉靠炉盖本身自重(约1吨重)及石棉盘根与炉罐密封，省去炉盖和炉罐用螺栓、螺母连续的繁重体力劳动。经过冷热调试，炉温均匀，设备密封性能好，不漏气。炉罐内炉气碳势均匀，波动小，920℃钢箔定碳。当氧电势E=1140mV时，炉罐内上下部位碳势相差0．02%C；当氧电势E=1125mV时，炉罐内上下部位碳势相差0.03%C。

我们用热电偶做炉温的传感元件，用氧探头做氧电势(炉气碳势)的传感元件。用电磁阀和可控硅做碳势和温度的执行机构。渗碳介质采用工业甲醇加灯用煤油。使用时直接滴入气体渗碳炉内，经裂解后产生活性碳原子，通过调节滴入量控制齿轮表面的碳浓度。我们采用了农机院工艺所研制的TC-890井式炉渗碳微机控制系统，内有滴注式可控气氛渗碳、淬火过程控制程序。

渗碳工艺采用改进的强渗—扩散两段工艺。两段法具有渗碳速度快，渗层碳浓度控制质量好的优点。在此基础上作了进一步改进。充分发挥计算机快速计算的控制功能，根据工况适时调节电磁阀的开启频率和脉冲宽度，调整甲醇、煤油量，并保持两者之间的比例关系。从而逐步调节炉气碳势，使渗碳速度更快，齿面碳浓度平缓，淬火后齿面硬度梯度平缓，渗碳质量更好，称之自适应渗碳法。

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