专利名称：小模数内花键齿轮热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种小模数内花键齿轮热处理方法。
背景技术：
9310钢是航空上常用的一种材料，由9310钢制造的小模数内花键齿轮既具有外齿轮又含有内花键，其内花键具有通孔直径小(直径小于20_)、模数小(模数不大于I)、齿高与齿厚较薄的特点。内花键与外齿轮因要求具有较好的耐磨性，通常都是采用化学热处理，常用的有渗碳、碳氮共渗的方式达到设计的性能，满足使用要求。目前齿轮和内花键类零件渗碳后都有不同程度的淬火变形，为了控制这种变形，通常都是留有一定的渗碳层余量，通过磨削的方式来控制淬火变形，达到使用的目的。但通过磨削的方法控制变形，很难保证零件渗碳层深度和心部满足硬度要求
发明内容
本发明的目的是提供一种小模数内花键齿轮热处理方法，保证渗碳淬火后内孔变形量控制在较小范围内，且渗碳层和心部硬度满足使用要求。本发明的主要工艺路线为
(1)准备9310钢零件，将齿轮部分加工至要求尺寸；
(2)将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为820±6°C，保温90 lOOmin，然后油冷，然后在温度为150±10°C时保温4 4. 5h，空冷出炉；
(3)加工内花键至要求尺寸；
(4)根据加工好的内花键尺寸加工芯棒，芯棒材料为9310钢或调质硬度高于9310钢的其它材料，芯棒需进行调质处理，芯棒与花键内孔配合公差为±0. 005mm ；
(5)将零件的非渗碳面镀铜保护后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为900±6°C，第一阶段采用的碳势为O. 30 O. 40% C之间，保温30 40min，第二阶段采用的碳势为O. 95 O. 98% C之间，保温O. 5 lh，渗碳结束后随炉冷却到815±6°C，碳势为O. 90 O. 95% C，保温30 40min，随炉冷却；
(6)将零件在可控气氛炉中高温回火，温度为621±14°C，保温3 3.5h，空冷出炉；
(7)去除非渗碳面的保护铜层；
(8 )将零件转入转体炉内进行淬火，其淬火参数为保温温度815 ± I (TC，保温时间105 120min，零件出炉时将芯棒放入花键内孔处，之后立刻入油冷却；
(9)将零件从淬火油中取出后，用压力机施加一定压力将芯棒退出；
(10)将零件进行冰冷处理，设备为冷冻机，保温温度为彡一80°C，保温时间为4 4. 5h ;冰冷处理后的零件放入空气循环炉内进行低温回火，保温温度为150±6°C，保温时间为4 4. 5h，空冷；
(11)最终检验。本发明原理类似于压力淬火。采用与花键内孔尺寸一致的芯棒，由于花键内孔的尺寸与芯棒尺寸基本一致，花键在加热到淬火温度且出炉淬火时，将芯棒插入花键内孔处，由于热胀冷缩，入油后花键与芯棒压紧在一起，受芯棒形状和尺寸的限制，将变形限制在规定的范围内。本发明采用可控气氛热处理炉进行渗碳，通过对炉温、保温时间、碳势的控制，选取合适的芯棒进行淬火热处理。保证了花键内孔渗碳淬火后的变形要求。同时，由于本发明取消了磨削步骤，因此保证了零件的渗碳层和心部硬度的使用要求。
具体实施例方式内花键渗碳淬火变形控制方法的具体步骤如下
(1)准备9310钢零件，将齿轮部分加工至要求尺寸； (2)将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为820±6°C，保温90 lOOmin，然后油冷，然后在温度为150±10°C时保温4 4. 5h，空冷出炉；
(3)加工内花键至要求尺寸；
(4)根据加工好的内花键尺寸加工芯棒，芯棒材料为9310钢或调质硬度高于9310钢的其它材料，芯棒需进行调质处理，芯棒与花键内孔配合公差为±0. 005mm ；
(5)将零件的非渗碳面镀铜保护后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为900±6°C，第一阶段采用的碳势为O. 30 O. 40% C之间，保温30 40min，第二阶段采用的碳势为O. 95 O. 98% C之间，保温O. 5 lh，渗碳结束后随炉冷却到815±6°C，碳势为O. 90 O. 95% C，保温30 40min，随炉冷却；
(6)将零件在可控气氛炉中高温回火，温度为621±14°C，保温3 3.5h，空冷出炉；
(7)去除非渗碳面的保护铜层；
(8 )将零件转入转体炉内进行淬火，其淬火参数为保温温度815 ± I (TC，保温时间105 120min，零件出炉时将芯棒放入花键内孔处，之后立刻入油冷却；
(9)将零件从淬火油中取出后，用压力机施加一定压力将芯棒退出；
(10)将零件进行冰冷处理，设备为冷冻机，保温温度为彡一80°C，保温时间为4
4.5h ;冰冷处理后的零件放入空气循环炉内进行低温回火，保温温度为150±6°C，保温时间为4 4. 5h，空冷；
(11)最终检验。
实施例某发动机油泵齿轮选用的材料为9310钢，该齿轮内部带花键，花键内孔直径为Φ 11. 7mm Φ 11. 9mm,齿高、齿厚较薄为I 2_。要求的渗碳参数和变形要求为有效渗碳层深度O. 25 O. 51mm,表面硬度HRA81 83，心部硬度HRC33 41。渗碳淬火后花键内孔不再进行加工。花键齿的滚棒间尺寸渗碳前为Mp=IO. 765,渗碳后要求变形量在O. 05mm范围内。具体渗碳淬火步骤为
(1)准备9310钢零件，将齿轮部分加工至要求尺寸；
(2)将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为820°C，保温lOOmin，然后油冷，然后在温度为150°C时保温4h，空冷出炉；(3)加工内花键至要求尺寸；
(4)根据加工好的内花键尺寸加工芯棒，芯棒材料为9310钢或调质硬度高于9310钢的其它材料，芯棒需进行调质处理，芯棒与花键内孔配合公差为±0. 005mm ；
(5)将零件的非渗碳面镀铜保护后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为900°C，第一阶段采用的碳势为O. 40 %，保温35min，第二阶段采用的碳势为O. 96 %，保温O. 8h，渗碳结束后随炉冷却到815°C，碳势为O. 95%，保温35min，随炉冷却；
(6)将零件在可控气氛炉中高温回火，温度为621°C，保温3h，空冷出炉；
(7)去除非渗碳面的保护铜层；
(8)将零件转入转体炉内进行淬火，其淬火参数为保温温度815°C，保温时间llOmin，零件出炉时将芯棒放入花键内孔处，之后立刻入油冷却； (9)将零件从淬火油中取出后，用压力机施加一定压力将芯棒退出；
(10)将零件进行冰冷处理，设备为冷冻机，保温温度为一80°C，保温时间为4h;冰冷处理后的零件放入空气循环炉内进行低温回火，保温温度为150°C，保温时间为4h，空冷；
(11)最终检验渗碳淬火后Mp为Φ10. 735mm,内孔尺寸变形量为O. 03mm,且变形较均匀无锥度。零件齿顶有效渗碳层深度为O. 46mm，表面硬度为HRA82. O，心部硬度HRC39。材料的表面显微组织及心部的显微组织符合相应的航空标准5492《航空钢制件渗碳、碳氮共渗金相组织检验标准》的相关技术要求。
权利要求
1.一种小模数内花键齿轮热处理方法，其特征是，所述的方法的具体步骤为 (I)准备9310钢零件，将齿轮部分加工至要求尺寸； (2)将零件在电阻炉中进行调质处理，温度为820±6°C，保温90 lOOmin，然后油冷，然后在温度为150±10°C时保温4 4. 5h，空冷出炉； (3)加工内花键至要求尺寸； (4)根据加工好的内花键尺寸加工芯棒，芯棒材料为9310钢或调质硬度高于9310钢的其它材料，芯棒需进行调质处理，芯棒与花键内孔配合公差为±0. 005mm ； (5)将零件的非渗碳面镀铜保护后渗碳，设备为可控气氛渗碳炉，保温温度为900±6°C，第一阶段采用的碳势为O. 30 O. 40% C之间，保温30 40min，第二阶段采用的碳势为O. 95 O. 98% C之间，保温O. 5 lh，渗碳结束后随炉冷却到815±6°C，碳势为O. 90 O. 95% C，保温30 40min，随炉冷却； (6)将零件在可控气氛炉中高温回火，温度为621±14°C，保温3 3.5h，空冷出炉； (7)采用化学方法去除非渗碳面的保护铜层； (8 )将零件转入转体炉内进行淬火，其淬火参数为保温温度815 ± I (TC，保温时间105 120min，零件出炉时将芯棒放入花键内孔处，之后立刻入油冷却； (9)将零件从淬火油中取出后，用压力机施加一定压力将芯棒退出； (10)将零件进行冰冷处理，设备为冷冻机，保温温度为彡一80°C，保温时间为4 4.5h ;冰冷处理后的零件放入空气循环炉内进行低温回火，保温温度为150±6°C，保温时间为4 4. 5h，空冷； (11)最终检验。
全文摘要
本发明涉及一种小模数内花键齿轮热处理方法，原理类似于压力淬火，采用与花键内孔尺寸一致的芯棒，由于花键内孔的尺寸与芯棒尺寸基本一致，花键在加热到淬火温度且出炉淬火时，将芯棒插入花键内孔处，由于热胀冷缩，入油后花键与芯棒压紧在一起，受芯棒形状和尺寸的限制，将变形限制在规定的范围内。本发明采用可控气氛热处理炉进行渗碳，通过对炉温、保温时间、碳势的控制，选取合适的芯棒进行淬火热处理。保证了花键内孔渗碳淬火后的变形要求。同时，由于本发明取消了磨削步骤，因此保证了零件的渗碳层和心部硬度的使用要求。
文档编号C23C8/20GK102888610SQ20121040939
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者曾西军, 师玉英, 李海宏, 辛玉武, 徐奉鑫, 张琼, 张宇慧, 刘薇, 钱钰, 崔雪莹, 邵秀云 申请人:哈尔滨东安发动机(集团)有限公司