一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，包括顺序进行的铸坯、切削加工、热处理、精切削和磨削加工，棒材的材质为20CrMnTiH，铸坯过程采用连铸机，连铸机的拉速为0.6-0.72m/min，热处理包括渗碳处理、缓慢冷却、淬火、回火，渗碳处理包括先后进行的预热阶段、强势渗碳阶段和扩散阶段。本工艺步骤简单，加工效率高且产品成分分布均匀，便于得到表面硬化层不易脱离、齿轮抗冲击能力、耐磨性和强度适宜的齿轮。
【专利说明】一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于转矩传递的传动部件制造工艺，特别是涉及一种利于提高加工效 率和防止成分偏析的齿轮生产工艺。
【背景技术】
[0002] 齿轮是机械设备中的关键部件，齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿 命。而齿轮质量的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺。因此，国内外与齿 轮制造相关的厂家都极为重视齿轮材料及其热处理技术的研究开发。
[0003] 现有技术中齿轮的材料选择一般根据齿轮在传动系统中的受力和工作环境，热处 理工艺是保证齿轮表面硬化层厚度、齿轮表面和心部硬度、齿轮的抗腐蚀性能满足工艺要 求的手段。现有技术中针对材质为20CrMnTiH齿轮的热处理得到的产品马氏体金相等级较 高，这样得到的齿轮在使用过程中在外力作用下极易出现加工硬化，导致齿轮在较短时间 内发生表面层脱离，严重影响齿轮传动的稳定性和使用寿命，通过采用铸坯的方式得到齿 轮毛坯虽然高效，但齿条和齿面上C含量差异较大，影响齿轮寿命进一步提高。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术中针对材质为20CrMnTiH齿轮的热处理得到的产品马氏体金 相等级较高，这样得到的齿轮在使用过程中在外力作用下极易出现加工硬化，导致齿轮在 较短时间内发生表面层脱离，严重影响齿轮传动的稳定性和使用寿命，通过采用铸坯的方 式得到齿轮毛坯虽然高效，但齿条和齿面上C含量差异较大，影响齿轮寿命进一步提高的 问题，本发明提供了一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺。
[0005] 针对上述问题，本发明提供的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产 工艺通过以下技术要点来达到发明目的：一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮 生产工艺，包括顺序进行的铸坯、切削加工、热处理、精切削和磨削加工，所述铸坯的原料为 20CrMnTiH，铸坯过程采用连铸机，所述连铸机的拉速为0. 6-0. 72m/min，所述热处理包括将 切削加工得到的毛坯加热至830-920°C进行渗碳处理，且渗碳处理中以上温度保持时间不 少于3h、渗碳处理后进行缓慢冷却、毛坯缓慢冷却到不高于550°C时进行第二次加热并保 温不少于2h后淬火、对淬火后的毛坯第三次加热至170-200°C并保温不少于3h进行回火， 所述第二次加热为将毛坯加热至840-870°C，所述渗碳处理包括先后进行的预热阶段、强势 渗碳阶段和扩散阶段； 所述预热阶段为将毛坯置于830-860°C的甲醇和丙烷气体中共热20-30min，所述强势 渗碳阶段将上述预热阶段的毛坯、甲醇和丙烷气体环境升温至875-920°C保持2-3h，并控 制甲醇和丙烷气体的补充量，维持碳势保持为1.0-1. 15%，所述扩散阶段为将强势渗碳阶段 的毛坯、甲醇和丙烷气体环境降温至830-880°C保持1. 5-2h，并控制甲醇和丙烷气体的补 充量，维持碳势保持为0. 7-0. 75%。
[0006] 更进一步的技术方案为： 所述切削加工与热处理之间还包括除油清洗步骤。
[0007] 所述除油清洗步骤为采用温度为50_65°C的除油清洗剂对毛坯不少于30min的浸 泡处理。
[0008] 所述热处理与精切削之间还包括不少于15min的喷丸处理。
[0009] 所述缓慢冷却为炉冷。
[0010] 对毛坯的第二次加热并保温毛坯位于还原性保护气体环境中。
[0011] 对毛坯第二次加热并保温后的淬火为油冷。
[0012] 所述油冷与回火步骤之间还包括清洗步骤。
[0013] 本发明具有以下有益效果： 1、本发明提供的环规制造方法工艺简单，热处理工艺的能源消耗相较于现有技术仅 多出20%，但最后齿轮产品的金相组织晶粒得到了细化，齿轮产品马氏体组织金相等级 为3,相较于现有技术采用本材料得到的齿轮马氏体组织金相等级下降了 2-3个等级，同 时，通过以上热处理工艺，得到的齿轮表面硬度保持在59-60HRC上，心部硬度等级保持在 35-36HRC上，表层硬化层厚度为1. 2-1. 4mm。以上产品齿轮参数使得齿轮在使用过程中表 面硬化层不易脱离、齿轮抗冲击能力、耐磨性和强度适宜，齿轮的使用寿命为同等采用现有 热处理工艺得到的齿轮的5-7倍。
[0014] 2、本工艺路线采用的渗碳处理温度参数和各个阶段持续时间，便于实现毛坯足够 的淬透性、小的过热敏感性、良好的渗碳能力、热处理之后的残余奥氏体含量少、渗碳淬火 变形量小。
[0015] 3、本发明中通过对连铸机拉速的控制，相较于现有技术拉速降约为0. 06m/min，但 铸坯得到的齿轮毛坯在任意断面上Cr、Mn、C等的成分分布较现有技术有了较大改善：如 C的含量在距毛坯表面为毛坯断面宽度的二分之一和四分之一处，C的含量差值可缩小至 0. 002-0. 015%，而拉速降低后并不影响齿轮毛坯的表面成形质量，即以上设置有利于均匀 齿轮的力学性能。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下 实施例。
[0017] 实施例1 : 一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，包括顺序进行的铸坯、切 削加工、热处理、精切削和磨削加工，所述铸坯的原料为20CrMnTiH，铸坯过程采用连铸 机，所述连铸机的拉速为0. 6-0. 72m/min，所述热处理包括将切削加工得到的毛坯加热至 830-920°C进行渗碳处理，且渗碳处理中以上温度保持时间不少于3h、渗碳处理后进行缓慢 冷却、毛坯缓慢冷却到不高于550°C时进行第二次加热并保温不少于2h后淬火、对淬火后 的毛坯第三次加热至170-200°C并保温不少于3h进行回火，所述第二次加热为将毛坯加热 至840-87(TC，所述渗碳处理包括先后进行的预热阶段、强势渗碳阶段和扩散阶段； 所述预热阶段为将毛坯置于830-860°C的甲醇和丙烷气体中共热20-30min，所述强势 渗碳阶段将上述预热阶段的毛坯、甲醇和丙烷气体环境升温至875-920°C保持2-3h，并控 制甲醇和丙烷气体的补充量，维持碳势保持为1.0-1. 15%，所述扩散阶段为将强势渗碳阶段
【权利要求】
1. 一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，包括顺序进行的铸坯、切 削加工、热处理、精切削和磨削加工，其特征在于，所述铸坯的原料为20CrMnTiH，铸坯过程 采用连铸机，所述连铸机的拉速为〇. 6-0. 72m/min，所述热处理包括将切削加工得到的毛坯 加热至830-920°C进行渗碳处理，且渗碳处理中以上温度保持时间不少于3h、渗碳处理后 进行缓慢冷却、毛坯缓慢冷却到不高于550°C时进行第二次加热并保温不少于2h后淬火、 对淬火后的毛坯第三次加热至170-200°C并保温不少于3h进行回火，所述第二次加热为将 毛坯加热至840-87(TC，所述渗碳处理包括先后进行的预热阶段、强势渗碳阶段和扩散阶 段； 所述预热阶段为将毛坯置于830-860°C的甲醇和丙烷气体中共热20-30min，所述强势 渗碳阶段将上述预热阶段的毛坯、甲醇和丙烷气体环境升温至875-920°C保持2-3h，并控 制甲醇和丙烷气体的补充量，维持碳势保持为1.0-1. 15%，所述扩散阶段为将强势渗碳阶段 的毛坯、甲醇和丙烷气体环境降温至830-880°C保持1. 5-2h，并控制甲醇和丙烷气体的补 充量，维持碳势保持为0. 7-0. 75%。
2. 根据权利要求1所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，所述切削加工与热处理之间还包括除油清洗步骤。
3. 根据权利要求2所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，所述除油清洗步骤为采用温度为50-65°C的除油清洗剂对毛坯不少于30min的 浸泡处理。
4. 根据权利要求1所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，所述热处理与精切削之间还包括不少于15min的喷丸处理。
5. 根据权利要求1所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，所述缓慢冷却为炉冷。
6. 根据权利要求1所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，对毛坯的第二次加热并保温毛坯位于还原性保护气体环境中。
7. 根据权利要求1所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，对毛坯第二次加热并保温后的淬火为油冷。
8. 根据权利要求7所述的一种利于提高加工效率和防止成分偏析的齿轮生产工艺，其 特征在于，所述油冷与回火步骤之间还包括清洗步骤。
【文档编号】C23C8/22GK104117831SQ201410355107
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】吴光武 申请人:成都亨通兆业精密机械有限公司