专利名称：风电齿圈的深层离子渗氮工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及风电齿圈的深层离子渗氮工艺。
背景技术：
新型清洁能源产业风电中的内齿圈，由于其它的热处理工艺方法很难满足变形要求，要求采用渗氮工艺。针对风电齿圈渗氮后高的质量要求表面硬度大于600HV，渗氮层深度O. 7 O. 9mm和较高的渗氮层组织要求，特别是为了确保风电齿圈的精度和使用性能要求，设计上规定渗氮后不允许再磨加工，为此要求渗氮后齿圈的畸变量控制在小于
O.03mm 以内。 由于内齿圈渗层要求深，考虑到常规气体渗氮工艺时间太长，而且变形较大，达不到技术要求，而离子渗氮法利用辉光放电直接对工件进行加热，工件加热时可以获得均匀的温度分布，此外，由于辉光放电时有阴极溅射作用，可使工件尺寸减小，这可抵消由于渗氮引起的体积胀大，故渗氮后要求畸变小的工件通常采用离子渗氮。但按常规的离子渗氮工艺很难达到工件的热处理技术要求，需要解决以下问题
I、工件渗氮后需加工部位的防渗保护。由于齿圈渗氮后需再钻孔，要求防渗处同基体硬度一样。由于离子氮化大面积防渗涂料技术未过关，且涂料后表面光洁度差，需采用合适的机械屏蔽方法。2、装炉方式和采用工装。由于工件直径大壁薄，外圈部分布满了孔洞，工件本身易变形。此外，由于离子渗氮加热方式的工艺特性，离子渗氮的温度均匀性与装炉操作影响很大，为保证加热时温度的均匀性，需制定合理的装炉方案和工装。3、设备和供气。采用脉冲加热电源，提高控制精度。通入炉内的气体要尽量去除水分等杂质。4、渗氮技术指标中，表面高硬度和深的渗层厚度本身是一对矛盾体；增加渗氮时间后，在增加渗氮层深度的同时也增加了工件的变形程度；这就需要渗氮工艺中温度，时间，气压，气体流量等各工艺参数的合理选配。
发明内容
本发明的目的就是为了克服针对风电齿圈采用常规气体渗氮工艺周期长，能耗高，变形相对较大，而采用常规的离子渗氮工艺很难达到热处理畸变量、高硬度、深的渗氮层厚度以及较高的渗氮组织级别等要求的缺陷而提供一种风电齿圈的深层离子渗氮工艺，该工艺周期短，耗能低，质量控制精度高，齿圈渗氮后表面硬度，耐磨性和疲劳强度都提高，而且畸变小，齿轮精度高，无需磨削就能直接装配使用，完全达到风电齿圈的质量技术要求。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现风电齿圈的深层离子渗氮工艺为风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520°C保温一段时间，氨气通入渗氮炉，继续升温至530°C保温一段时间后，再降温至510°C保温一段时间，渗氮结束后缓慢降温至150°C所述风电齿圈工件出炉。所述风电齿圈为42CrMo风电齿圈。优选的，所述风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520°C保温35小时，氨气通入渗氮炉，继续升温至530°C保温40小时后，再降温至510°C保温10小时。优选的，所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。由于齿圈两端面渗氮后还需转孔，故硬度不能高，另外考虑到端面有许多孔，而孔洞处易引起辉光放电集中，局部电流密度偏大，温度偏高，造成工件各部位温度不均匀，故需要采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。优选的,所述机械屏蔽的方法为采用两块夹板将所述齿圈两端面和所述齿圈端面上的孔洞封盖住。
优选的，在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极，和工件一起加热升温，改善了工件加热均匀性。优选的，所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离，所述间隔距离从下至上分别为100，150，120mm，保证工件整体加热均匀。优选的，所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热，加热速度在每小时30°C以内。优选的，所述氨气是经过裂解炉加热分解后通入渗氮炉，从而保证了气体质量，提高了炉温均匀性。通入气压为500Pa，气体流量为800 900L/min。优选的，所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备，操作简化，自动化控制程度高。与现有技术相比，本发明的有益效果为
I、渗氮速度快，离子渗氮工艺时间85小时，而常规气体渗氮工艺时间需110小时，离子渗氮比气体渗氮节约25%。2、工件变形小，离子渗氮后齿圈最大变形量O. 02mm,气体渗氮后齿圈最大变形量
O.04_。离子渗氮后风电齿圈无需磨齿即可直接装配，节约了制造成本与工期。3、离子渗氮表面硬度达650HV，比气体渗氮高50 100HV ;渗氮硬化层深度达
O.87mm,各项渗氮组织级别全部达到渗氮质量指标，完全达到设计技术要求。4、通过装炉和工装，设备和工艺操作调节控制，重点解决了离子渗氮工件加热均匀性等技术难点，既能有效地控制各项渗氮质量指标，特别是严格的畸变量指标，又能缩短工艺时间，充分发挥离子渗氮工艺节能减耗的优势可操作性强，有效地控制了工艺质量，达到产品的技术要求。
图I为本发明风电齿圈示意 图2为本发明风电齿圈深层离子渗氮工艺示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I所示的风电齿圈，其深层离子渗氮工艺示意图如图2所示，该工艺为风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520°C保温一段时间，氨气通入渗氮炉，继续升温至530°C保温一段时间后，再降温至510°C保温一段时间，渗氮结束后缓慢降温至150°C所述风电齿圈工件出炉。所述风电齿圈为42CrMo风电齿圈。所述风电齿圈工件在520°C时保温时间为35小时，在530°C时保温时间为40小时，在510°C时保温时间为10小时。本实施例中，采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。具体为用两块半圆环3_厚铁板，两端螺丝固定覆盖在齿圈端面，接缝处间隙小于O. 5mm.。在本实施例中，在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极，和工件一起加热升温，改善了工件加热均匀性。
在本实施例中，所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离，所述间隔距离从下至上分别为100，150，120mm，保证工件整体加热均匀。在本实施例中，所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热，加热速度在每小时30°C以内。在本实施例中，为了保证气体质量，提高炉温均匀性，所述氨气是经过裂解炉加热分解后通入渗氮炉。通入气压500Pa左右，气体流量为800 900L/min。在本实施例中，所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备，操作简化，自动化控制程度高。上述实施例采用的本发明热处理工艺对42CrMo风电齿圈进行处理后得到的技术参数如下
表面硬度650-670HV 有效硬化层深度DN=0. 87mm 渗氮层脆性2级 渗氮层疏松1级 氮化物级别1级 表面白亮层< O. Olmm 心部硬度296-306HB 齿圈尺寸变动量< O. 03mm
上述技术参数完全符合下列《GB/T11354-2005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中风电齿圈渗氮质量标准
表面硬度彡600HV 渗氮层深度0. 8-1. Omm 渗氮层脆性1-2级 渗氮层疏松1-2级 氮化物级别1-3级 表面白亮层< O. 025mm 心部硬度286-310HB 齿圈尺寸变动量< O. 05mm
上述渗氮质量检测是委托第三方“上海市机械制造工艺研究所有限公司铸锻热检测中心”进行。
权利要求
1.一种风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺为风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520°c保温一段时间，氨气通入渗氮炉，继续升温至530°C保温一段时间后，再降温至510°C保温一段时间，渗氮结束后缓慢降温至150°C所述风电齿圈工件出炉。
2.如权利要求I所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈为42CrMo风电齿圈。
3.如权利要求2所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520°C保温35小时，氨气通入渗氮炉，继续升温至530°C保温40小时后，再降温至510°C保温10小时。
4.如权利要求I至3中任一项所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护·处理。
5.如权利要求4所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述机械屏蔽的方法为采用两块夹板将所述齿圈两端面和所述齿圈端面上的孔洞封盖住。
6.如权利要求5所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极。
7.如权利要求5所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离，所述间隔距离从下至上分别为100，150，120mm。
8.如权利要求5所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热，加热速度在每小时30°C以内。
9.如权利要求5所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述氨气是经过裂解炉加热分解后通入渗氮炉，通入气压为500Pa，气体流量为800 900L/min。
10.如权利要求5所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺，其特征在于所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备。
全文摘要
本发明涉及风电齿圈的深层离子渗氮工艺，该工艺为风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520℃保温一段时间，氨气通入渗氮炉，继续升温至530℃保温一段时间后，再降温至510℃保温一段时间，渗氮结束后缓慢降温至150℃所述风电齿圈工件出炉；优选42CrMo风电齿圈；更进一步，该工艺采用机械屏蔽的方法对工件进行防渗保护处理。与现有技术相比，本发明工艺周期短，耗能低，质量控制精度高，齿圈渗氮后表面硬度，耐磨性和疲劳强度都提高，而且畸变小，齿轮精度高，无需磨削就能直接装配使用，完全达到风电齿圈的质量技术要求。
文档编号C23C8/36GK102864408SQ201110186148
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者吕习军 申请人:上海龙钱热处理有限公司