高压气体分级淬火的方法

专利名称：高压气体分级淬火的方法
技术领域：
本发明涉及一种减小高压气体淬火热处理变形的方法，具体是一种高压气体分级淬火热处理。属于热处理技术领域。
背景技术：
目前，在零件(模具、齿轮零件等等)的真空热处理中，高压气体淬火技术由于其绿色环保等优点而逐步得到应用。零件在热处理淬火过程中，承受着从高温到低温的温度改变、物相的改变，因此产生了热应力和由于不同物相的比容不同产生的相变应力的作用，并引起零件的热处理淬火变形。改变热处理变形，一方面通过提高淬火介质的使用温度，减小热应力引起的热处理变形；另一方面可以通过淬火介质冷却能力的改变，尤其是热传导系数、液体淬火介质中对流温度的改变，达到减小相变应力改变热处理变形，即分级淬火技术。常规的零件热处理淬火工艺采用油冷、水冷、盐浴冷却等介质可以通过介质中配方的改变，较容易达到在不同温度阶段热传导系数和介质使用温度的改变，从而达到分级淬火、减小热处理变形的目的。而采用高压气体介质，介质的温度一般很难调整。因此只能通过热传导系数的改变来达到冷却能力的改变。很多研究者和实际生产中已经利用不同气体之间的热传导系数的差别，通过高压气体介质的改变(采用不同的气体或几种气体相混合)方法达到了冷却能力改变的目的。但是如何利用高压气体冷却能力(主要是热传导系数)与气体压力之间的抛物线关系，实现在气体介质不改变的情况减小热处理变形的目的，这对实现精密热处理来说将具有重要的实践作用和意义。
经对现有技术的文献检索发现，2001年机械工业出版社出版的《热处理手册》第一卷第3章第122页由上海交通大学潘健生编写的“金属热处理的冷却”，谈到了通过油冷、水冷、盐浴冷却等介质来达到分级淬火的目的。但是这种方法不环保。

发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种高压气体分级淬火的方法，用以减小淬火热处理变形，使其根据材料的连续转变曲线特征、气体压力与其热传导率之间的关系，合理调整气体淬火过程中气体的压力分配，形成淬火过程中的分级高压气体淬火技术，在淬火热处理过程中改变气体的热传导系数，从而达到分级淬火处理，减小热处理变形的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在气体淬火初始阶段利用高压气体介质的高淬透能力，避免奥氏体组织向铁素体和珠光体、贝氏体的组织转变。在零件的真空热处理中，采用绿色环保的采用高压气体分级淬火技术，当零件温度达到高于Ms点(马氏体开始转变点)时，利用气体压力与其淬透能力之间的关系，变化气体压力采用低压，确保零件均匀完成组织的转变。这样一方面在淬火开始阶段减小了温度变化的梯度，另一方面有利于减小和控制马氏体转变阶段的芯部与表面组织转变的不一致性，使得零件整个截面的变形接近均匀一致，从而减小了热处理变形。
现有的高压气体介质采用不分级高压淬火，其步骤为(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为16-20Bar；(2)气体压力在10分钟内降为1Bar(大气压水平)。本发明采用高压分级淬火技术，在现有的不分级高压淬火技术基础上增加了两个步骤，具体为(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为16-20Bar，保持6分钟；(2)淬火冷却阶段，气体压力在2-3秒内降为8-12Bar，保持4-6分钟；(3)气体压力在2-3秒内降为4-7Bar，保持4-6分钟；(4)气体压力降为1Bar(大气压水平)。
本发明在气体介质不改变的情况下，利用绿色环保的高压气体淬火技术，合理调整气体淬火过程中气体的压力分配，形成淬火过程中的分级高压气体淬火技术，在淬火热处理过程中改变气体的热传导系数，从而达到分级淬火处理，减小热处理变形的目的。


图1本发明原理图具体实施方式
以下结合本发明的内容提供具体实施例
实施例1某汽车自动变速器零件，采用N2作为淬火介质具体实施过程如下(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为20Bar；(2)淬火冷却阶段，气体压力在2-3秒内降为12Bar，保持4分钟；(3)气体压力在2-3秒内降为7Bar，保持4分钟；(4)气体压力降为1Bar(大气压水平)。
实施效果经过常规可控气氛热处理和采用本发明方法得到的变形结果对比如下表不采用气体分级淬火技术，与常规可控气氛热处理变形基本相近，而采用气体分级淬火技术变形明显减小。

实施例2某汽车自动变速器行星齿轮零件，材料为SAE 4615，所采用的高压气体分级淬火工艺，具体实施过程如下(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为14Bar；(2)淬火冷却阶段，气体压力在2-3秒内降为8Bar，保持4分钟；(3)气体压力在3秒内降为5Bar，保持4分钟；(4)气体压力降为1Bar(大气压水平)。
采用本发明后，热处理组织和性能满足了产品技术要求，齿轮的芯部组织95％以上是低碳马氏体，渗层组织则为高碳隐针马氏体和残余奥氏体以及弥散分布的碳化物，符合相关的国家和国际热处理标准要求；采用高压气体分级淬火技术热处理后的齿轮齿形齿向变形由原来精度降低1-1.5级改善为0.5-1级。本发明热处理变形的大小和稳定性明显高于常规热处理。
实施例3某汽车手动变速器档位齿轮，材料为SAE 5015，由于齿轮结构的影响，在常规可控气氛热处理过程中零件部位的花键在热处理后，一般容易形成0.03～0.07mm左右的锥度，相同部位内孔容易形成0.05～0.10mm锥度。
通过采用高压气体分级淬火技术后，具体实施过程如下(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为18Bar；(2)淬火冷却阶段，气体压力在2秒内降为12Bar，保持4分钟；(3)气体压力在3秒内降为6Bar，保持4分钟；(4)气体压力降为1Bar(大气压水平)。
采用本发明后，热处理组织和性能满足了产品技术要求。锥度可以减小至0～0.010mm。
权利要求
1.一种高压气体分级淬火的方法，其特征在于，在气体淬火初始阶段利用高压气体介质的高淬透能力，避免奥氏体组织向铁素体和珠光体、贝氏体的组织转变，即在零件的真空热处理中，采用高压气体分级淬火技术，当零件温度达到高于马氏体开始转变点时，利用气体压力与其淬透能力之间的关系，变化气体压力采用低压，确保零件均匀完成组织的转变。
2.根据权利要求1所述的高压气体分级淬火的方法，其特征是，所述的高压气体分级淬火，其步骤为(1)淬火开始阶段，100％气体压力，为16-20Bar，保持6分钟；(2)淬火冷却阶段，气体压力在2-3秒内降为8-12Bar，保持4-6分钟；(3)气体压力在2-3秒内降为4-7Bar，保持4-6分钟；(4)气体压力降为1Bar。
全文摘要
一种减小高压气体淬火热处理变形的方法，用于热处理技术领域。本发明在气体淬火初始阶段利用高压气体介质的高淬透能力避开连续转变曲线“鼻子”，避免奥氏体组织向铁素体和珠光体、贝氏体的组织转变，即在零件的真空热处理中，采用高压气体淬火技术，当零件温度达到高于马氏体开始转变点时，利用气体压力与其淬透能力之间的关系，变化气体压力采用低压，确保零件均匀完成组织的转变。本发明在淬火热处理过程中，合理调整气体压力，进行气体分级淬火，达到减小高压气体淬火热处理变形的目的。
文档编号C21D1/19GK1624170SQ20041009307
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者马森林, 沈玉明, 严韶云 申请人:上海汽车股份有限公司