本发明属于钻头制造技术领域，尤其涉及一种用于牙轮的热处理方法。
背景技术：
矿用三牙轮钻头是露天矿山穿孔的主要工具，主要由牙爪、牙轮及其它多种小零件组成，其工作原理是钻头整体公转的同时，牙轮围绕与之配合的牙爪轴头自转，从而破碎岩石。牙轮内孔、牙爪轴头以及滚柱、滚珠等构成一个复杂的轴承系统。作为钻头最重要部件的牙轮，其热处理要求特别高，对钻头使用寿命影响最大。如何提高矿用牙轮钻头牙轮的热处理质量，从而提高钻头的整体使用寿命，是同行业一直努力寻求解决的难题。而矿用牙轮钻头牙轮若采取传统的热处理工艺，牙轮内孔变形大，导致精磨偏磨，有效渗碳层及硬度不均匀，局部出现软点，大大影响使用寿命。
技术实现要素：
针对背景技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种用于牙轮的热处理方法，采用本发明热处理方法后，牙轮内孔变形小，有效渗碳层及硬度均匀，大大提高了牙轮的热处理质量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于牙轮的热处理方法，包括如下步骤：
1)将牙轮预制件置于炉中进行渗碳处理，温度控制在925～930℃，所述渗碳处理包括强渗期及扩散期；所述扩散期完成后，将所述牙轮降温至840-860℃，缓冷至430-460℃出炉；
2)将所述渗碳处理后缓冷出炉的牙轮进行高温回火处理，温度控制在670-690℃，n2保护下回火10-14小时后，降温至430-460℃出炉空冷；
3)将所述高温回火处理后的牙轮进行淬火处理，温度控制在850-870℃，碳势0.3-0.5％，100-140分钟后油冷至100～150℃；
4)将所述淬火处理后的牙轮进行低温回火，温度控制在220～230℃，10-15小时后出炉空冷至室温。
作为进一步的优选，所述牙轮预制件由15mnni4mo材料制成。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述强渗期850-950分钟，碳势1.2-1.3％，所述扩散期230-250分钟，碳势0.95-1.2％。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述强渗期900分钟，碳势1.25％，扩散期240分钟，碳势1％。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述扩散期完成后，将所述牙轮降温至860℃，缓冷至450℃出炉。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述缓冷为淬火室缓冷。
作为进一步的优选，所述步骤2)中，所述高温回火处理包括：温度控制在680℃，n2保护下回火12小时后，降温至450℃出炉空冷。
作为进一步的优选，所述步骤3)中，所述淬火处理包括：温度控制在850℃，碳势0.4％，120分钟后进后室的油槽油冷至100～150℃。
作为进一步的优选，在所述步骤3)淬火处理后，还包括清洗步骤：将经步骤3)油冷后出油的工件采用60～75℃的水进行清洗。
本发明的有益效果是:本发明对牙轮预制件的渗碳处理进行改进，对渗碳温度、强渗期的碳势进行优化，提高了渗碳质量，尤其是，将渗碳后由之前的直接油冷改进为缓冷，大大减少了工件的热处理变形。本发明对高温回火处理进行改进，对高温回火温度、时间进行优化，有利于组织的充分转变。本发明对淬火处理进行改进，对淬火温度进行优化，提高了淬火质量。本发明对低温回火进行改进，对低温回火温度、时间进行优化，有利于组织的充分转变，细化晶粒，使硬度更均匀、稳定。牙轮预制件经本发明方法处理后，牙轮内孔变形小，有效渗碳层及硬度均匀，大大提高了牙轮的热处理质量，从而极大地提高了钻头的使用寿命。
附图说明
图1为对比例中的渗碳曲线图。
图2为实施例1中的渗碳曲线图。
图3为对比例中的高温回火曲线图。
图4为实施例1中的高温回火曲线图。
图5为对比例中淬火曲线图。
图6为实施例1中的淬火曲线图。
图7为对比例中的低温回火曲线图。
图8为实施例1中的低温回火曲线图。
具体实施方式
本发明通过提供一种用于牙轮的热处理方法，解决了传统热处理工艺得到的牙轮质量的缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例用于牙轮的热处理方法，包括如下步骤：
1)将牙轮预制件置于炉中进行渗碳处理，温度控制在925～930℃，所述渗碳处理包括强渗期及扩散期；所述强渗期850-950分钟，碳势1.2-1.3％，所述扩散期230-250分钟，碳势0.95-1.2％，所述扩散期完成后，将所述牙轮降温至840-860℃，缓冷至430-460℃出炉；
2)将所述渗碳处理后缓冷出炉的牙轮进行高温回火处理，温度控制在670-690℃，n2保护下回火10-14小时后，降温至430-460℃出炉空冷；
3)将所述高温回火处理后的牙轮进行淬火处理，温度控制在850-870℃，碳势0.3-0.5％，100-140分钟后油冷至100～150℃；
4)将所述淬火处理后的牙轮进行低温回火，温度控制在220～230℃，10-15小时后出炉空冷至室温。
牙轮制造工艺流程为粗机加工→渗碳、高温回火→半精机加工→淬火、低温回火→精机加工等。
牙轮热处理技术要求如下：
碳浓度：0.8-1.05；
渗碳层深度：2.6-3.0；
淬火、回火硬度：hrc60-64；
淬火、回火后组织级别：
渗碳层马氏体及残余奥氏体级别：1-4级；
心部铁素体级别：1-4级。
而经传统热处理工艺得到的牙轮很难同时达到上述各项性能指标，并且采取传统的热处影响理工艺，牙轮内孔变形大，导致精磨偏磨，有效渗碳层及硬度不均匀，局部出现软点，大大影响使用寿命。
采用本实施例方法处理得到的牙轮可以很稳定的同时达到上述各项指标，且内孔变形小，有效渗碳层及硬度均匀，极大地提高了钻头的使用寿命。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之用于牙轮的热处理方法。作出下列说明是为了使得任何本领域技术人员能够制造并使用本发明。对于特定实施方案和用途的说明仅作为实例提供。对于本领域技术人员而言，可对这里描述的实施例进行多种改变及结合，并且这里所定义的一般原理在不偏离本发明范围的情况下可以应用与其他的实施例和用途。因此，本发明并不意欲被所述和展示的实施例所限制，而是应根据与此处公开的原理和特征相一致的最宽范围。
实施例1
牙轮的材质为15mnni4mo，包括如下质量分数wt％的化学成分：c0.14％、cr0.18％、ni3.35％、mo0.36％、si0.28％、mn0.86％、s0.004％及p0.011％。
牙轮制造工艺流程为粗机加工→渗碳、高温回火→半精机加工→淬火、低温回火→精机加工。
本实施例渗碳、淬火在热处理渗碳、淬火多用炉中完成；高温回火、低温回火分别在高温回火炉、低温回火炉中完成。具体步骤是:
1)渗碳：将牙轮预制件放进多用炉的前室渗碳，温度控制在925℃，强渗期900分钟，碳势1.25％，扩散期240分钟，碳势1％，扩散期完成后，降温860℃进后室缓冷至450℃出炉；如图2所示，给出了实施例1中的渗碳曲线图；
2)高温回火：将渗碳后缓冷出炉的牙轮放进高温回火炉，温度控制在680℃，n2保护下回火12小时后，降温至450℃出炉空冷；图4为实施例1中的高温回火曲线图；
3)淬火：将渗碳、高温回火后的牙轮放进前室淬火，温度控制在850℃，碳势0.4％，120分钟后进后室的油槽油冷至130℃；图6为实施例1中的淬火曲线图；
4)清洗：出油后用70-75℃的清水对工件进行清洗；
5)低温回火：在低温回火炉中进行低温回火，温度控制在220～225℃，12小时后出炉空冷至室温；图8为实施例1中的低温回火曲线图。
将本实施例方法处理得到的牙轮经性能实验检测，牙轮内孔变形量由原来的(传统热处理工艺对比例)平均0.05mm减小到0.01mm，有效渗碳层偏差值由原来的0.2mm减小到0.1mm，洛氏硬度不均匀值由原来2度减小到0.5度。
碳浓度为1.0；
渗碳层深度：2.8；
淬火、回火硬度：hrc60-64；
淬火、回火后组织级别：
渗碳层马氏体及残余奥氏体级别：4级；
渗碳层碳化物级别：4级；
心部铁素体级别：4级。
实施例2
牙轮的材质为15mnni4mo，包括如下质量分数wt％的化学成分：c0.14％、cr0.18％、ni3.35％、mo0.36％、si0.28％、mn0.86％、s0.004％及p0.011％。
本发明实施例用于牙轮的热处理方法，包括如下步骤：
1)渗碳：将牙轮放进多用炉的前室渗碳，温度控制在930℃，强渗期850分钟，碳势1.3％，扩散期250分钟，碳势1.2％，扩散期完成后，降温840℃进后室缓冷至460℃出炉；
2)高温回火：将渗碳后缓冷出炉的牙轮放进高温回火炉，温度控制在690℃，n2保护下回火10小时后，降温至460℃出炉空冷；
3)淬火：将渗碳、高温回火后的牙轮放进前室淬火，温度控制在870℃，碳势0.3％，140分钟后进后室的油槽油冷至130～150℃；
4)清洗：出油后用60～65℃的清水对工件进行清洗；
5)低温回火：在低温回火炉中进行低温回火，温度控制在225～230℃，10小时后出炉空冷至室温。
将本实施例方法处理得到的牙轮经性能实验检测，牙轮内孔变形量减小到0.015mm，有效渗碳层偏差值减小到0.18mm，洛氏硬度不均匀值减小到0.6度。
碳浓度：1.05；
渗碳层深度：3.0；
淬火、回火硬度：hrc60-64；
淬火、回火后组织级别：
渗碳层马氏体及残余奥氏体级别：3级；
渗碳层碳化物级别：4级；
心部铁素体级别：2级。
实施例3
牙轮的材质为15mnni4mo，包括如下质量分数wt％的化学成分：c0.14％、cr0.18％、ni3.35％、mo0.36％、si0.28％、mn0.86％、s0.004％及p0.011％。
本发明实施例用于牙轮的热处理方法，包括如下步骤：
1)渗碳：将牙轮放进多用炉的前室渗碳，温度控制在925-928℃，强渗期950分钟，碳势1.2％，扩散期230分钟，碳势0.95％，扩散期完成后，降温850℃进后室缓冷至430℃出炉；
2)高温回火：将渗碳后缓冷出炉的牙轮放进高温回火炉，温度控制在670℃，n2保护下回火14小时后，降温至430℃出炉空冷；
3)淬火：将渗碳、高温回火后的牙轮放进前室淬火，温度控制在860℃，碳势0.5％，100分钟后进后室的油槽油冷至100～120℃；
4)清洗：出油后用65～70℃的清水对工件进行清洗；
5)低温回火：在低温回火炉中进行低温回火，温度控制在225～228℃，15小时后出炉空冷至室温。
将本实施例方法处理得到的牙轮经性能实验检测，牙轮内孔变形量减小到0.018mm，有效渗碳层偏差值减小到0.16mm，洛氏硬度不均匀值减小到0.7度。
碳浓度：0.8；
渗碳层深度：2.6；
淬火、回火硬度：hrc60-64；
淬火、回火后组织级别：
渗碳层马氏体及残余奥氏体级别：3级；
渗碳层碳化物级别：2级；
心部铁素体级别：4级。
对比例
牙轮的材质为15mnni4mo，包括如下质量分数wt％的化学成分：c0.14％、cr0.18％、ni3.35％、mo0.36％、si0.28％、mn0.86％、s0.004％及p0.011％。
牙轮制造工艺流程为粗机加工→渗碳、高温回火→半精机加工→淬火、低温回火→精机加工。
本实施例渗碳、淬火在热处理渗碳、淬火多用炉中完成；高温回火、低温回火分别在高温回火炉、低温回火炉中完成。具体见附图1、3、5、7，分别给出了对比例的渗碳曲线图、高温回火曲线图、淬火曲线图及低温回火曲线图。
将对比例方法处理得到的牙轮经性能实验检测，牙轮内孔变形量为平均0.05mm，有效渗碳层偏差值为0.2mm，洛氏硬度不均匀值为2度。
碳浓度：0.75
渗碳层深度：2.5
淬火、回火硬度：hrc56-60
淬火、回火后组织级别：
渗碳层马氏体及残余奥氏体级别：4级
渗碳层碳化物级别：4级
心部铁素体级别：4级
本发明实施例中，牙轮内孔变形量采用内径百分表测量；有效渗碳层采取试棒剥层法测量；洛氏硬度采取洛氏硬度计测量；采用的相关标准有：gb4324.30—1984《重载齿轮、渗碳质量检验》；gb5124.1—2008《重载齿轮、渗碳金相检验》。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明实施例对牙轮预制件的渗碳处理进行改进，对渗碳温度、强渗期的碳势进行优化，提高了渗碳质量，尤其是，将渗碳后由之前的直接油冷改进为缓冷，大大减少了工件的热处理变形。本发明对高温回火处理进行改进，对高温回火温度、时间进行优化，有利于组织的充分转变。本发明对淬火处理进行改进，对淬火温度进行优化，提高了淬火质量。本发明对低温回火进行改进，对低温回火温度、时间进行优化，有利于组织的充分转变，细化晶粒，使硬度更均匀、稳定。牙轮预制件经本发明方法处理后，牙轮内孔变形小，有效渗碳层及硬度均匀，大大提高了牙轮的热处理质量，从而极大地提高了钻头的使用寿命。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。