压缩机用35CrMoV齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺的制作方法

本发明涉及齿轮热处理技术领域，特别涉及一种压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺。

背景技术：

目前，透平离心压缩机用35crmov齿轮的传统离子氮化工艺是设计要求渗氮层厚度为0.35-0.70mm、表面硬度为hv5≥502，采用的工艺是520℃保温25-30小时，采用金相检验方法检验厚度。为了使一部分压缩机用渗碳淬火齿轮转为离子氮化处理代替，从而解决渗碳淬火工艺畸变量大的问题，我们试验开发了35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺，创造了循环变温四段离子氮化工艺方法，采用金相法检验，渗层厚度可以达到1.0以上，而且是在表面硬度、表面脆性、脉状氮化物、表面疏松等渗层指标全部合格的前提下，渗层厚度大幅增加，硬度梯度更加平缓。经本发明专利离子氮化工艺处理后的齿轮，在接触疲劳强度大幅提高的同时，承载能力可以大幅提高，大幅提高离子氮化齿轮的应用范围，可以代替一部分目前采用渗碳淬火的压缩机齿轮的表面强化工艺。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够增加渗氮层的厚度和降低渗氮层硬度梯度的陡峭度的压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺，以提高该种齿轮离子氮化后的承载能力，扩大该齿轮的应用范围。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺，包括以下步骤：

预备热处理：包括对工件进行正火、淬火、回火及稳定处理的工艺过程，预备热处理后工件的硬度为hb303-341；

工件的清洗：先对工件外观质量进行检查及处理，然后对工件进行油污清洗；

离子氮化的装炉：包括对不同工件的配炉、装炉时工件的摆放、以及设置辅助阴阳极辅助加热；

离子氮化处理：采用循环变温四段离子氮化工艺进行氮化处理，所述循环变温四段离子氮化工艺是第一段、第二段、第三段和第四段的离子氮化温度分别为510℃、520℃、510℃、520℃，第三段和第四段的工艺参数同第一段和第二段的工艺参数完全相同，即是第一段和第二段的循环，其中，第一段和第二段及第三段和第四段的离子氮化保温时间比均为2：5，总的离子氮化保温时间根据渗氮层厚度要求确定，当第四段离子氮化保温结束后，炉冷降温到200℃以下出炉空冷；

离子氮化的渗层检验：包括对渗层组织的检验和对渗氮层厚度的检验，所述渗层组织的检验包括对渗层厚度、表面硬度、表面脆性、脉状氮化物以及表面疏松度的检验，所述渗氮层厚度的检验采用硬度法检验或金相法检验。

进一步地，所述不同工件在配炉时要保证炉温的均匀性，表面积与重量的比值相近的工件在一起配炉；所述装炉时工件的摆放是根据各工件的硬度和厚度及炉温的均匀性摆放工件，合理利用离子氮化炉不同部位的温度差。

进一步地，在所述装炉时工件的摆放方法不能使炉温均匀时，通过增设辅助阴阳极，改进炉温的均匀性，达到各工件硬度和厚度要求的温度环境。

进一步地，所述离子氮化处理所用的设备为脉冲离子氮化炉。

进一步地，所述离子氮化的渗层检验按gbt11354-2005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验标准进行。

进一步地，所述硬度法检验的界限值按gbt11354-2005标准，即高于心部硬度hv50为渗氮层深度的截止点，当使用高出心部硬度hv30时要对硬度梯度曲线评估，对于检验齿轮的渗氮层深度，以hv400为其界限值。

进一步地，所述压缩机用35crmov齿轮材料的化学成分满足gb/t3077-1999标准的规定。

进一步地，所述深层离子氮化工艺适用于透平离心压缩机35crmov齿轮的离子氮化。

本发明提供的压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺，在传统热处理工艺的基础上，在离子氮化处理过程中，采用循环变温四段离子氮化工艺方法，并采用金相法对齿轮进行检验，可使齿轮的渗层厚度达到1.0以上，并且是在表面硬度、表面脆性、脉状氮化物、表面疏松渗层指标全部合格的前提下，齿轮的硬度梯度更加平稳，使齿轮在接触疲劳强度大幅提高的同时，承载能力也大幅提高，不但可以用在离心压缩机用35crmov齿轮上，而且还可以用在其它35crmov材料进行离子氮化热处理的工件上，大幅提高离子氮化齿轮的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺的流程图；

图2为本发明实施例1提供的放大50倍的渗氮层厚度金相检验照片；

图3为本发明对比例1提供的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片；

图4为本发明提供的实施例1与对比例1的硬度梯度曲线；

图5为本发明实施例1提供的放大500倍的渗层组织金相照片；

图6为本发明实施例2提供的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片；

图7为本发明对比例2提供的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片；

图8为本发明提供的实施例2与对比例2的硬度梯度曲线；

图9为本发明实施例2提供的放大500倍的渗层组织金相照片。

具体实施方式

参见图1，本发明公开了一种压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺，所述35crmov材料的化学成分满足gb/t3077-1999标准的规定，该工艺包括以下步骤：

(1)预备热处理，包括对工件进行正火、淬火、回火和稳定处理等工艺过程，预备热处理后工件的硬度为hb303-341。

(2)工件的清洗，先对工件毛刺等外观质量进行检查与处理、然后采用工业洗涤剂或者丙酮对工件进行油污的清洗，清洗时一定要彻底、干净，特别是沟槽、孔洞的部位要清洗干净。

(3)离子氮化的装炉，包括不同工件的配炉、装炉的摆放、辅助阴阳极的设置等。配炉要考虑炉温的均匀性，表面积与重量的比值比较接近工件可以一起配炉。装炉的摆放要考虑各工件的硬度和厚度要求以及炉温的均匀性。如果通过改变装炉方法不能达到炉温的均匀时，可以根据装炉的具体情况，采用增设辅助阴阳极的措施，改进炉温的均匀性，或者达到各工件硬度和厚度要求的温度环境。

(4)离子氮化处理，离子氮化处理采用的设备是脉冲离子氮化炉，采用循环变温四段离子氮化工艺，即510℃+520℃的二次循环，具体的说就是第一段的离子氮化温度为510℃、第二段的离子氮化温度为520℃，即第一段和第二段的离子氮化温度是变温的，而第三段和第四段的离子氮化温度与前面的第一段和第二段的离子氮化温度是完全相同的，也分别是510℃和520℃，即第三段和第四段的离子氮化温度是第一段和第二段的离子氮化温度的循环。第三段和第四段的工艺参数同第一段和第二段的工艺参数完全相同，即是第一段和第二段的循环(重复)，其中，第一段和第二段的离子氮化保温时间的比设定为2：5，四段总的保温时间根据渗氮层厚度要求进行确定。当第四段离子氮化保温结束后，炉冷降温到200℃以下出炉空冷。

(5)离子氮化的渗层检验，按gbt11354-2005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验标准进行，渗层组织的检验包括渗层厚度、表面硬度、表面脆性、脉状氮化物、表面疏松等。渗氮层厚度的检验，所述硬度法检验的界限值按gbt11354-2005标准，即高出心部硬度hv50为渗氮层深度的截止点，当使用高出心部硬度hv30时要对硬度梯度曲线评估，对于检验齿轮的渗氮层深度，以hv400为其界限值。

下面结合实施例对本发明提供的透平压缩机用35crmov齿轮高承载能力的深层离子氮化工艺做详细说明。

实施例1

透平压缩机用35crmov齿轮材料，其化学成分：c:0.34wt.％；si：0.25wt.％；mn：0.58wt.％；cr：1.09wt.％；mo：0.23wt.％；s：0.008wt.％；p：0.026wt.％；v：0.13wt.％；fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：

(1)预备热处理：进行正火、淬火、回火和稳定处理，检硬度hb316；

(2)工件的清洗：检查没有毛刺，用工业洗涤剂清洗；

(3)离子氮化的装炉：配炉、工件摆放合理、辅助阴阳极没有设置；

(4)离子氮化处理：采用循环变温四段离子氮化工艺，其参数见表1，当第四段离子氮化保温结束后，炉冷降温到200℃出炉空冷；

(5)离子氮化的渗层检验：检验了渗层厚度、表面硬度、表面脆性、脉状氮化物、表面疏松等，渗氮层厚度检验采用了金相法和硬度梯度法，硬度梯度法的界限值hb+50。

对比例1

与实施例1不同之处在于：步骤(1)预备热处理后hb293；步骤(4)是常规离子氮化工艺，520℃保温35小时。

参见图2，为实施例1离子氮化热处理后的35crmov齿轮的放大50倍的渗氮层厚度金相检验照片，参见图3，为对比例1热处理后的35crmov齿轮的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片。经测试，实施例1离子氮化热处理后的35crmov齿轮和对比例1热处理后的35crmov齿轮的心部力学性能参见表2，两者的渗层性能参数参见表3，通过表3对比可以看出，实施例1处理后的齿轮的渗氮层厚度明显高于对比例1处理后的齿轮的渗氮层厚度，高出(1.0-0.65)/0.65＝53.8％。参见图4，从实施例1和对比例1处理后的齿轮的硬度梯度曲线的比较可以看出，实施例1的硬度梯度曲线更加平缓。从实际应用的角度渗层厚度增加的更多，大约增加了70％，脆性和表面疏松均为一级，参见图5，实施例1处理后的齿轮放大500倍的渗层组织金相照片，其脉状氮化物可以评定为i级，保守点也不到ii级，对于重要的齿轮工件都是合格的，美中不足的是其表面硬度比对比例1的略低，但数值也很高，完全满足使用的要求。

表1、实施例1的离子氮化工艺参数

表2、实施例1与对比例1的心部力学性能

表3、实施例1、对比例1的渗层性能

实施例2

透平离心压缩机用35crmov齿环材料，其化学成分：c:0.34wt.％；si：0.25wt.％；mn：0.58wt.％；cr：1.09wt.％；mo：0.23wt.％；s：0.008wt.％；p：0.026wt.％；v：0.13wt.％；fe：余量。对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：

(1)预备热处理：进行正火、淬火、回火和稳定处理，检硬度hb303；

(2)工件的清洗：检查没有毛刺，用工业洗涤剂清洗；

(3)离子氮化的装炉：配炉、工件摆放合理、辅助阴阳极没有设置；

(4)离子氮化处理：采用循环变温四段离子氮化工艺(见表4)，当第四段离子氮化保温结束后，炉冷降温到200℃出炉空冷；

(5)离子氮化的渗层检验：检验了渗层厚度、表面硬度、表面脆性、脉状氮化物、表面疏松等，渗氮层厚度检验采用了金相法和硬度梯度法，硬法的界限值hb+50。

对比例2

与实施例2不同之处在于：步骤(1)预备热处理后hb306；步骤(4)是常规离子氮化工艺，520℃保温30小时。

参见图6，为实施例2离子氮化热处理后的35crmov齿轮的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片，参见图7，为对比例2热处理后的35crmov齿轮的放大100倍的渗氮层厚度金相检验照片。经测试，实施例2离子氮化热处理后的35crmov齿轮和对比例2热处理后的35crmov齿轮的心部力学性能参见表5，两者的渗层性能参数参见表6，通过表6对比可以看出，实施例2处理后的齿轮的渗氮层厚度明显高于对比例2处理后的齿轮的渗氮层厚度，高出(0.8-0.60)/0.60＝33％。参见图8，从实施例2和对比例2处理后的齿轮的硬度梯度曲线的比较可以看出，实施例2的硬度梯度曲线更加平缓。从实际应用的角度渗层厚度增加的更多，大约增加了106％，脆性和表面疏松均为一级。参见图9，实施例2处理后的齿轮放大500倍的渗层组织金相照片，其脉状氮化物可以评定为i级，保守点也不到ii级，对于重要的齿轮工件都是合格的，美中不足的是表面硬度略低于对比例1的，但数值也很高，完全满足使用的要求。

表4、实施例2的离子氮化工艺参数

表5、实施例2与对比例2的心部力学性能

表6、实施例2与对比例2的渗层性能

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。