一种重型汽车发动机正时齿轮抗疲劳氮化方法与流程

本发明涉及一种重型汽车发动机正时齿轮抗疲劳氮化方法，属于齿轮热处理
技术领域：
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背景技术：
：现有重型汽车发动机齿轮大多是采用低碳合金钢进行渗碳淬火处理，以提高齿轮强度和齿轮表面硬度，以提高齿轮的耐磨性和使用寿命，该方法热处理成本高，热处理后机械加工成本高。现大多数发动机主机厂要求通过使用氮化处理方式提高轮齿表面硬度和耐磨性，以提高齿轮表面接触疲劳强度，从而提高齿轮的使用寿命，以达到汽车行驶120万公里行程后齿轮无严重磨损。目前齿轮氮化的要求难以满足齿轮寿命需求。技术实现要素：本发明的目的在于，提供一种重型汽车发动机正时齿轮抗疲劳氮化方法。提高发动机齿轮氮化处理后的整体齿面抗疲劳强度，以满足发动机长寿命工作的需要，解决现有技术的不足。本发明的技术方案：一种重型汽车发动机正时齿轮抗疲劳氮化方法，该方法是在齿轮氮化过程中仅对齿轮分度圆处的全齿廓进行化合物处理，在齿轮的全齿廓处形成深度大于0.5mm的渗氮层，并在渗氮层表面形成深度大于0.007mm的化合物层；处理工艺如下：待氮化→装炉→打弧→升温→保温→冷却。前述方法中，所述全齿廓包括齿顶、齿面、齿根。前述方法中，所述待氮化工序要求待氮化齿轮的轮齿表面粗糙度不小于Ra0.6，预备热处理为高温回火索氏体，硬度范围为225～285HB，轮齿部位无氧化黑点或其他异物。前述方法中，所述装炉工序中，待氮化齿轮为层叠放置构成齿轮串，齿轮串内的齿轮与齿轮之间经工装分隔，工装为带中心孔的圆柱体，圆柱的柱面与齿轮的两平面之间呈90°角垂直；齿轮串按正三角形摆放，齿轮串与齿轮串之间的间距为20～25mm；每串齿轮的相邻轮齿与轮齿之间对齐。前述方法中，所述打弧工序打弧参数分为三段，第一段电压为720～740V，占空比为30～40%，打弧升温至50～60℃结束；第二段电压为700～710V，占空比为50～60%，打弧升温至70～80℃结束；第三段电压为650～670V，占空比为70～90%，打弧升温至90～100℃结束；打弧过程的起始打弧压力70～80Pa。前述方法中，所述升温工序中，升温参数分为四段：第一段以斜率3～3.5℃/min升温至200～220℃，保持10～15min；第二段以斜率2～2.5℃/min升温至300～310℃，保持10～15min；第三段以斜率1.5～2.0℃/min升温至450～470℃，保持40～50min；第四段以斜率1.0～1.2℃/min升温至520～540℃，进入氮化保温阶段。所述保温工序中，包含两段保温：第一段保温温度为520～540℃，保温时间900～950min；第二段以1.0～1.2℃/min降温至505～520℃，保温时间300～330min。所述升温和保温过程中，炉内压力按照温度分成五段保持压力的恒定：第一段是温度在100～209℃时，压力保持80～100Pa；第二段是温度在210～319℃时，压力保持120～140Pa；第三段是温度在320～429℃时，压力保持160～180Pa；第四段是温度在430～500℃时，压力保持200～220Pa；第五段是温度在500～540℃时，压力保持260～280Pa；整个过程压力上升斜率为5～6Pa/min。整个升温和保温过程中，需向炉内通入氨气，氨气的进入量由流量计进行控制，压力由稳压器进行控制。前述方法中，所述保温工序中，氨气流量为2.0～3.5L/min。前述冷却工序中，为冷却方法为关闭高压脉冲电源，保持炉内低于260～280Pa随炉冷却至150℃以下。与现有技术相比，本发明是一种全齿廓化合物层不小于0.007mm，扩散层大于0.5mm的离子氮化处理方法，采用该种氮化技术，它具有以下特征：1、待处理件表面粗糙度不小于Ra0.6；2、零件在炉体上的位置摆放，成正三角形；3、打弧起始电压高于一般离子氮化电压30～40V(一般为680～700V)；4、升温段前两段温度跨度不低于100℃，第三段与第四段温度跨度不高于80℃，并且均温时间不低于30min；5、保温过程中，氨气进流量2.0L～3.5L/min；6、渗氮保温过程为两段，第一段温度高于第二段温度15～25℃；7、渗氮件的冷却过程在低于炉内压力260～280Pa下，随炉冷却至150℃以下。附图说明图1是齿轮氮化层示意图；图2是齿轮装炉简图；图3是齿轮装炉立体示意图；图4是轮齿解剖截面图；图5是图3中A点放大500倍的示意图；图6是温度-时间工艺曲线图；图7是温度-压力工艺曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。一种重型汽车发动机正时齿轮抗疲劳氮化方法，该方法是在齿轮氮化过程中仅对齿轮分度圆处的全齿廓进行化合物处理，在齿轮的全齿廓处形成深度大于0.5mm的渗氮层，并在渗氮层表面形成深度大于0.007mm的化合物层；处理工艺如下：待氮化→装炉→打弧→升温→保温→冷却。所述全齿廓包括齿顶、齿面、齿根。前述待氮化工序中，要求待氮化齿轮的轮齿表面粗糙度不小于Ra0.6，预备热处理为高温回火索氏体，硬度范围为225～285HB，轮齿部位无氧化黑点或其他异物。前述装炉工序中，待氮化齿轮为层叠放置构成齿轮串，齿轮串内的齿轮与齿轮之间经工装分隔，工装为带中心孔的圆柱体，圆柱的柱面与齿轮的两平面之间呈90°角垂直；齿轮串按正三角形摆放，齿轮串与齿轮串之间的间距为20～25mm；每串齿轮的相邻轮齿与轮齿之间对齐。前述打弧工序中，打弧参数分为三段，第一段电压为720～740V，占空比为30～40%，打弧升温至50～60℃结束；第二段电压为700～710V，占空比为50～60%，打弧升温至70～80℃结束；第三段电压为650～670V，占空比为70～90%，打弧升温至90～100℃结束；打弧过程的起始打弧压力70～80Pa。前述方法中，所述升温工序中，升温参数分为四段：第一段以斜率3～3.5℃/min升温至200～220℃，保持10～15min；第二段以斜率2～2.5℃/min升温至300～310℃，保持10～15min；第三段以斜率1.5～2.0℃/min升温至450～470℃，保持40～50min；第四段以斜率1.0～1.2℃/min升温至520～540℃，进入氮化保温阶段。所述保温工序中，包含两段保温：第一段保温温度为520～540℃，保温时间900～950min；第二段以1.0～1.2℃/min降温至505～520℃，保温时间300～330min。所述升温和保温过程中，炉内压力按照温度分成五段保持压力的恒定：第一段是温度在100～209℃时，压力保持80～100Pa；第二段是温度在210～319℃时，压力保持120～140Pa；第三段是温度在320～429℃时，压力保持160～180Pa；第四段是温度在430～500℃时，压力保持200～220Pa；第五段是温度在500～540℃时，压力保持260～280Pa；整个过程压力上升斜率为5～6Pa/min。整个升温和保温过程中，需向炉内通入氨气，氨气的进入量由流量计进行控制，压力由稳压器进行控制。保温过程中，氨气流量为2.0～3.5L/min。前述冷却工序中，冷却工序为关闭高压脉冲电源，保持炉内低于260～280Pa随炉冷却至150℃以下。实施例某型号重卡发动机曲轴齿轮，使用材料为42CrMo，进行离子氮化处理，技术要求扩散层深度大于0.5mm、化合物层大于0.007mm，硬度大于600HV0.1。采用离子氮化处理来获得氮化效果，氮化过程分为以下几个步骤：待氮化零件→装炉→打弧→升温→保温→冷却前述待氮化件的验收涉及的内容为零件表面粗糙度不小于Ra0.6，预备热处理为高温回火索氏体，硬度范围为225～285HB，待氮化部位无氧化黑点或其他异物。装炉前零件采用120#汽油将零件表面清洗干净。所述装炉为零件在炉底盘上按照正三角的位置摆放，工装与零件的摆放如图2和图3所示。打弧过程的工艺参数如下表1，起弧压力为80Pa。表1打弧过程工艺参数段数电压/V占空比温度/℃1740405027106080368080100所述升温、保温过程的工艺参数如下表2、表3。表2升温过程中温度和时间的相关参数段数电压（V）升温斜率℃/min）温度（℃）时间（min）16503200152660231015367024705046801.2530－表3加工过程中温度和压力的相关参数段数温度（℃）压力斜率Pa/min）压力（Pa）1100～2095802210～31951303320～42951704430～50052105501～5305270表4保温中温度和时间的相关参数段数保温温度（℃）保温时间（min）氨气流量(L/min)15309302.0～3.525103202.0～3.5冷却过程为在炉内低于260Pa压力下随炉冷却至150℃以下。在氮化过程中，控温过程采用热电偶测量温度，采用自动记录仪表记录时间，炉温均匀性要求为±5℃。压力控制过程采用稳压器进行控制，控制精度要求±10Pa，氨气流量采用流量计进行控制，控制精度要求±0.5L/min，升温速率控制过程采用自动控制，控制精度要求±0.5℃/min。该发明氮化结果验证，轮齿深度渗氮层深度为0.652mm，齿轮解剖截面图如图4所示，图5为A点局部放大图，经过对齿轮截面进行放大检测其化合物层，化合物层均大于0.007mm，该结果满足产品技术要求。图6是温度-时间工艺曲线，图7是温度-压力工艺曲线示意图。当前第1页1 2 3