本发明涉及齿轮的热处理
技术领域：
，特别涉及一种渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法。
背景技术：
：目前，对于一般的工业齿轮，12cr2ni4渗碳淬火齿轮预备热处理都采用正火。离心压缩机用渗碳淬火齿轮的预备热处理，基本上都采用正火+回火的预备热处理工艺，没有从畸变的角度，采用正火+淬火+回火的预备热处理工艺方法的，即使个别采用正火+淬火+回火的预备热处理工艺，不是从畸变的角度考虑的，而只是从尺寸大的角度增加淬透性考虑的。渗碳淬火的畸变问题，是世界性的难题，每年因畸变问题造成的经济损失巨大。渗碳淬火齿轮的畸变问题，影响因素众多，这些因素又交叉作用，起主要作用的因素不时变化，反应出来的变形现象也在变化。而渗碳淬火的工艺过程及工艺过程中对工艺参数的控制对渗碳淬火齿轮的畸变有重要影响。因此，如何优化渗碳淬火的工艺过程及控制工艺过程中的工艺参数以解决渗碳淬火齿轮的畸变问题，是当前齿轮热处理领域急需研究解决的问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法，以提高碳淬火齿轮的抗畸变性能。为解决上述技术问题，本发明提供了一种渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法，适用于12cr2ni4渗碳淬火齿轮，包括以下步骤：预备热处理：包括正火、淬火和回火三个过程，所述正火温度930℃-960℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃停留保温，保温时间按每100mm保温1小时，所述正火的保温时间按“有效厚度/45-有效厚度/40mm”小时计算，然后空冷；所述淬火温度840-870℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃停留保温，保温时间按每100mm保温1小时，所述淬火的保温时间按“有效厚度/40mm-有效厚度/35mm”小时计算，然后油冷；所述回火温度630-660℃，保温时间按“1.5-1.8倍淬火保温时间”计算，然后空冷；消应力处理：所述消应力处理温度600-650℃，保温时间按“有效厚度/30-有效厚度/25mm”小时计算，然后空冷；渗碳处理：所述渗碳处理温度930±10℃，所述渗碳处理包括调整、强渗、扩散三个阶段，所述调整阶段的保温时间1-2小时，所述强渗阶段的保温时间按渗碳层的厚度要求以“0.2mm/小时”计算，在渗层深度达到要求渗层深度的0.5-0.7倍开始转入扩散阶段，所述扩散阶段的保温时间按所述强渗阶段的保温时间的0.8-1.3倍计算，所述扩散阶段结束后，断电在炉中吹氮气冷却，炉温冷到600±10℃后出炉空冷；高温回火处理：高温回火温度610-650℃，保温时间按“有效厚度/30-有效厚度/25mm”小时计算，然后空冷；淬火处理：淬火温度780-820℃，保温时间按“有效厚度/40-有效厚度/35mm”小时计算，然后油冷；低温回火处理：低温回火处理温度180-200℃，保温时间按“有效厚度/20-有效厚度/18mm”小时计算，然后空冷。进一步地，所述预备热处理后，要对所述渗碳淬火齿轮进行金相组织检验，要求晶粒度要大于或等于5级，且保证组织的均匀性。进一步地，所述预备热处理中的正火和淬火的预热保温温度为680℃。进一步地，所述预备热处理的正火过程中的空冷采用散放空冷。进一步地，所述消应力处理是在所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮机械加工后的铣齿加工前进行。进一步地，所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮材料的化学成分满足gb/t3077-1999标准的规定。进一步地，所述12cr2ni4材料的冶炼方法是电炉冶炼，电渣重熔精炼，锻造采用自由锻造，锻造比在3-5。进一步地，所述淬火处理中，要预先将淬火油搅拌加热到80℃以上，淬火前10-20分钟停止淬火油搅拌，在所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮进入淬火油中30秒后再开启搅拌。进一步地，所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮在平放时，渗碳后的淬火工装要用六点支撑。进一步地，所述预备热处理的淬火过程中要求所述渗碳淬火高速齿轮在30-40秒内进入油中，且淬火油要有搅拌。本发明提供的一种渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法，不仅可以用在透平压缩机12cr2ni4渗碳淬火齿轮上，也可用于其它行业的12cr2ni4材料的渗碳淬火齿轮上，还可应用于一般的12cr2ni4材料的工业齿轮上。本发明提供的渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法，通过对12cr2ni4齿轮采用“正火+淬火+回火”的预备热处理工艺处理，并优化渗碳淬火过程中的工艺参数，可使12cr2ni4齿轮的畸变量大幅降低，可使工件的畸变量减小25％以上。可以控制因渗碳淬火工艺变形量大而产生的磨齿时不够磨削尺寸超差造成的返修甚至报废问题；也可以控制由于磨齿时磨削量大而造成的渗层严重不均、硬度不均且下降和承载能力下降等问题；还可以使齿轮的质量大幅提高，使齿轮畸变量减小，渗碳层硬度磨齿后降低，渗碳层的厚度和硬度分布均匀，从而接触疲劳强度、弯曲疲劳大幅度提高，从而减小减少齿轮的磨削量，使生产成本也会大幅度降低。附图说明图1为本发明实施例提供的渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法的流程图。具体实施方式参见图1，本发明实施例提供的一种渗碳淬火抗畸变的预备热处理工艺选择方法，适用于12cr2ni4渗碳淬火齿轮，所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮的12cr2ni4材料的化学成分满足gb/t3077-1999标准的规定，所述12cr2ni4材料的冶炼方法是电炉冶炼，电渣重熔精炼，锻造采用自由锻造，锻造比在3-5。该方法包括以下步骤：(1)预备热处理：包括正火、淬火和回火三个过程，所述正火温度930℃-960℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃停留保温，保温时间按每100mm保温1小时，所述正火的保温时间按“有效厚度/45-有效厚度/40mm”小时计算，然后空冷；所述淬火温度840-870℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃停留保温，保温时间按每100mm保温1小时，所述淬火的保温时间按“有效厚度/40mm-有效厚度/35mm”小时计算，然后油冷，其中，12cr2ni4渗碳淬火齿轮工件在淬火时应在30-40秒内进入淬火油中，且淬火油要有搅拌；所述回火温度630-660℃，保温时间按“1.5-1.8倍淬火保温时间”计算，然后空冷；其中，所述预备热处理中的正火和淬火的预热保温温度为680℃，所述预备热处理的正火过程中的空冷采用散放空冷，在预备热处理结束后，要对所述渗碳淬火高速齿轮进行金相组织检验，要求晶粒度要大于或等于5级，且保证组织的均匀性。(2)消应力处理：所述消应力处理温度600-650℃，保温时间按“有效厚度/30-有效厚度/25mm”小时计算，然后空冷。并且消应力处理是在所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮机械加工后的铣齿加工前进行。增加消除加工应力为目的的消应力处理工序，可以减小因机械加工过程中产生的应力而造成的在渗碳淬火工艺中的应力释放产生的变形，即可以减小渗碳淬火过程的畸变量。(3)渗碳处理：为了减小渗碳淬火工艺过程中的畸变，确保扩散时的碳势能够降到工艺要求的范围内，避免由于碳势降不下来而造成的高碳势带来畸变量的增加，以及由于高碳势而形成的不合格的碳化物级别，因此，在消应力处理工序后进行渗碳处理工序。所述渗碳处理温度930±10℃，所述渗碳处理包括调整、强渗、扩散三个阶段，所述调整阶段的保温时间1-2小时，所述强渗阶段的保温时间按渗碳层的厚度要求以“0.2mm/小时”估算，实际抽检金相试样的时间以钢泊定碳的碳势确定，实际保温时间以抽检金相试样时达到的层深确定，在渗层深度达到要求渗层深度的0.5-0.7倍开始转入扩散阶段，扩散阶段的保温时间，以钢泊定碳的碳势数据和强渗阶段结束前抽检的实际渗层厚度估算，以后续钢泊定碳的碳势确定抽检扩散阶段金相试样的时间，以扩散阶段抽检实际渗层厚度确定降温时间，冷却断电后在炉中吹氮气冷却，炉温冷到600±10℃后出炉空冷。(4)高温回火处理：为了软化金属，便于进行去碳层的机械加工，也为了对渗碳炉冷组织的改善，提高渗层和心部组织，为后续的淬火做组织准备，在淬火处理工序前进行高温回火处理工序，高温回火温度610-650℃，保温时间按“有效厚度/30-有效厚度/25mm”小时计算，然后空冷。(5)淬火处理：淬火温度780-820℃，保温时间按“有效厚度/40-有效厚度/35mm”小时计算，然后油冷；其中，在该淬火处理工序中，要预先将淬火油搅拌加热到100±10℃，淬火前10-20分钟停止淬火油搅拌，在所述12cr2ni4渗碳淬火齿轮进入淬火油中20-30秒后再开启搅拌。(6)低温回火处理：低温回火处理温度180-200℃，保温时间按“有效厚度/20-有效厚度/18mm”小时计算，然后空冷。其中，如果12cr2ni4渗碳淬火齿轮工件在进行淬火处理时是平放的，那么渗碳后用来存放工件的淬火工装要用六点支撑。下面结合实施例对本发明提供的渗碳淬火齿轮抗畸变的预备热处理工艺选择方法做详细说明。实施例1透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度940℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，940℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度850℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度640℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：780℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例1与实施例1不同之处在于：步骤(1)采用940℃正火，640℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例1材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表1，对比例1的畸变量数据见表1，从表1对比可以看出，实施例1的畸变量比对比例1的畸变量大幅降低了25％。表1实施例1和对比例1的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例16.06、6.04、6.086.28、6.30、6.300.24对比例16.18、6.16、6.186.50、6.50、6.500.32实施例2透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度950℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度860℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度650℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：820℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例2与实施例2不同之处在于：步骤(1)采用950℃正火，650℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例2材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表2，对比例2的畸变量数据见表2，从表2对比可以看出，实施例2的畸变量比对比例2的畸变量大幅降低了28.3％。表2实施例2和对比例的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例26.00、6.00、6.006.28、6.28、6.300.287对比例26.10、6.10、6.126.50、6.50、6.520.400实施例3透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度930℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度850℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度650℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：820℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例3与实施例3不同之处在于：步骤(1)采用930℃正火，650℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例3材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表3，对比例3的畸变量数据见表3，从表3对比可以看出，实施例3的畸变量比对比例3的畸变量大幅降低了21.4％。表3实施例3和对比例3的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例36.00、6.00、6.006.22、6.22、6.220.22对比例36.10、6.10、6.086.36、6.38、6.380.28实施例4透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度940℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度860℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度640℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：780℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例4与实施例4不同之处在于：步骤(1)采用940℃正火，640℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例4材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表4，对比例4的畸变量数据见表4，从表4对比可以看出，实施例4的畸变量比对比例4的畸变量大幅降低了16，7％。表4实施例4和对比例4的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例46.02、6.02、6.026.22、6.22、6.220.20对比例46.10、6.10、6.146.36、6.34、6.360.24实施例5透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度950℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度860℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度650℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：780℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例5与实施例5不同之处在于：步骤(1)采用950℃正火，650℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例5材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表5，对比例5的畸变量数据见表5，从表5对比可以看出，实施例5的畸变量比对比例5的畸变量大幅降低了30.5％。表5实施例5和对比例5的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例56.02、6.02、6.026.16、6.16、6.140.153对比例56.10、6.10、6.126.32、6.34、6.320.22实施例6透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度940℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度850℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度640℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：780℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例6与实施例6不同之处在于：步骤(1)采用940℃正火，640℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例6材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮畸变试样采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据见表6，对比例6的畸变量数据见表6，从表6对比可以看出，实施例6的畸变量比对比例3的畸变量大幅降低了42.3％。表6实施例6和对比例6的畸变试样渗碳淬火后的畸变量数据编号渗碳淬火前三个尺寸渗碳淬火后三个尺寸总变形量实施例66.00、6.00、6.006.20、6.20、6.200.200对比例66.02、6.02、6.006.36、6.36、6.360.347实施例7透平压缩机12cr2ni4高速齿轮用材料，其化学成分：c:0.160wt.％；si：0.250wt.％；mn：0.380wt.％；cr：1.330wt.％；ni：3.300wt.％；s：0.009wt.％；p：0.014wt.％；cu：0.150wt.％；fe：余量。对其进行渗碳淬火热处理，包括以下步骤：(1)预备热处理：正火温度950℃，炉温≦500℃装炉，500℃起始升温，按≦100℃/小时的速度升温，在680℃保温2小时，950℃保温4小时然后空冷(出炉散放)；淬火温度860℃，升温同正火，保温5小时然后油冷；回火温度650℃，保温7.5时间然后空冷；按标准检验金相组织。(2)消应力处理：温度650℃，保温7.5小时然后空冷；(3)渗碳处理：渗碳温度930℃，调整保温2小时，强渗保温5小时，扩散保温4小时，断电炉到600℃后出炉空冷；(4)高温回火处理：610℃，保温7.5小时然后空冷；(5)淬火处理：780℃，保温5小时然后油冷；(6)低温回火处理：180℃，保温10小时然后空冷。对比例7与实施例7不同之处在于：步骤(1)采用950℃正火，650℃回火；省略步骤(2)；之后接着进行步骤(3)-步骤(6)；经测试实施例7材料为12cr2ni4渗碳淬火齿轮模拟盘采用“正火+淬火+回火”预备热处理工艺后的畸变量数据及对比例7模拟盘的畸变量数据见表7，从表7对比可以看出，实施例7模拟盘的畸变量比对比例7模拟盘的畸变量大幅降低了64.7％。表7实施例7和对比例7模拟盘渗碳淬火后的畸变量数据最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12