專利名稱：一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法，屬于機(jī)械零件氮化熱處理技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
齒輪為機(jī)器的基礎(chǔ)零件，對表面硬度和耐磨性的要求較高，絕大多數(shù)氮化鋼材料的齒輪 都要通過氮化熱處理來提高齒面的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。但是齒輪在氮化熱處理中的變形 卻是不可以避免的，因為零件內(nèi)都有加工應(yīng)力的存在，在氮化溫度下應(yīng)力釋放就會產(chǎn)生變形 。如果由于氮化熱處理產(chǎn)生的變形過大而達(dá)不到精度要求，通常采用的辦法是在熱處理后增 加精加工工序-一磨齒或珩齒來修正熱處理帶來的變形，但不管增加哪種精加工工序，都破 壞了齒輪表面的硬化層，從而減低了齒輪表面的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。而且還有相當(dāng)一部 分氮化齒輪是沒有加工方法和手段對其進(jìn)行熱處理后的精加工。齒輪的公法線、齒形、齒向是作為評定齒輪在熱處理前后變形的幾個重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的 齒輪氮化工藝，無論是氣體滲氮還是離子氮化，氮化熱處理對高精度齒輪(4-5級齒輪)公 法線變形的影響都是在0.015 0.02mm以上、而齒形、齒向等指標(biāo)均幾乎要降低一個精度等 級。因此現(xiàn)有的齒輪氮化工藝還是不能滿足使用的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝，以減小齒輪在氮化熱 處理后各項精度指標(biāo)的變形量，從而達(dá)到在氮化熱處理后不再對齒輪進(jìn)行精加工并能保證對 齒輪精度的要求，以及保持齒輪被氮化熱處理后的表面抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能的目的。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法，在進(jìn)行齒輪的氮 化熱處理工藝前，先對齒輪進(jìn)行預(yù)先熱處理，然后再對齒輪進(jìn)行氮化熱處理，所述的齒輪預(yù) 先熱處理包含以下步驟(1) 在爐溫小于15(TC時齒輪入爐；(2) 以小于8(TC/小時的速度緩慢升溫至530士2(TC，齒輪在530士2(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在53(TC士2(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫小于200"C時出爐自然冷卻；所述的齒輪氮化熱處理，其工藝步驟如下1) 在爐溫低于15(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以30士l(TC/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至 480 49(TC時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3) 齒輪以小于50°C/小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。優(yōu)選地，上述的減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法，齒輪預(yù)先熱處理采用如下的 步驟和工藝參數(shù)(1) 在爐溫小于15(TC時齒輪入爐；(2) 以5(TC/小時的速度緩慢升溫至53(TC，齒輪在53(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在53(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫小于20(TC時出 爐自然冷卻；所述的齒輪氮化熱處理，其工藝步驟如下1) 在爐溫低于15(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以3(TC/小時的速度升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至485。C時 保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3) 齒輪以小于50°C/小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。前述的技術(shù)方案中，氮化前進(jìn)行預(yù)先熱處理是為了減小齒輪內(nèi)的加工應(yīng)力，為減小齒輪 在氮化熱處理過程中的變形創(chuàng)造條件。在齒輪的氮化工序中采用了一段低溫氮化過程齒輪 在低于15(TC入爐開始氮化，爐溫以30士l(TC/小時的速度緩慢升溫，于200。C、 30(TC和400 °C時各保持2小時。氮化熱處理過程中采用的這樣一段特殊的低溫氮化熱處理可使齒輪的變 形極小。經(jīng)過以上特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理，齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以 下，齒形、齒向等齒輪精度等級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1) 本發(fā)明提供的技術(shù)方案操作簡便，氮化熱處理后齒輪的變形小。經(jīng)本工藝處理后 的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等級指標(biāo)均保持氮化熱處 理前的狀態(tài)。(2) 簡化了工藝步驟，節(jié)約生產(chǎn)成本。經(jīng)傳統(tǒng)的常規(guī)氮化處理工藝處理后的齒輪變形 大，為了滿足需求，通常需要在熱處理后增加精加工工序，而經(jīng)本工藝處理后的齒輪無需進(jìn) 行精加工就能滿足齒輪精度的要求。(3)不會降低氮化處理后齒輪的表面硬度、抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。由于在氮化熱處 理中存在齒輪的變形，傳統(tǒng)的處理方法是在氮化處理后對齒輪進(jìn)行精加工來滿足齒輪的精度 要求，但不管增加哪種精加工工序，都會破壞齒輪表面的硬化層，從而減低了齒輪表面硬度 、抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。經(jīng)本工藝處理后的齒輪無需精加工，所以完好的保存了齒輪表面 的硬化層。
具體實施方式
實施例l:齒輪經(jīng)特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理來減小熱處理中的變形。其中，預(yù)先 熱處理的步驟及工藝條件為(1) 在爐溫小于10(TC時齒輪入爐；(2) 以5(TC/小時的速度緩慢升溫至53(TC，齒輪在53(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在53(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫10(TC時出爐自 然冷卻；氮化熱處理的步驟及工藝條件為1) 在爐溫10(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以3(TC/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至485 i:時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3 )齒輪以30°C /小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。經(jīng)上述步驟處理后的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等 級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。實施例2:齒輪經(jīng)特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理來減小熱處理中的變形。其中，預(yù)先熱處理的步驟及工藝條件為(1) 在爐溫145'C時齒輪入爐；(2) 以79'C/小時的速度緩慢升溫至55(TC，齒輪在55(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在55(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫199。C時出爐自 然冷卻；氮化熱處理的步驟及工藝條件為1) 在爐溫8(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以25。C/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至482 i:時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3 )齒輪以25°C /小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。經(jīng)上述步驟處理后的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等 級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。實施例3:齒輪經(jīng)特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理來減小熱處理中的變形。其中，預(yù)先 熱處理的步驟及工藝條件為(1) 在爐溫5(TC時齒輪入爐；(2) 以2(TC/小時的速度緩慢升溫至51(TC，齒輪在51(TC的溫度保持1小時；(3) 齒輪在51(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫5(TC時出爐自 然冷卻；氮化熱處理的步驟及工藝條件為1) 在爐溫12(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以35。C/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至488 i:時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3) 齒輪以40°C /小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。經(jīng)上述步驟處理后的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等 級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。實施例4:齒輪經(jīng)特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理來減小熱處理中的變形。其中，預(yù)先熱處理的步驟及工藝條件為(1) 在爐溫12(TC時齒輪入爐；(2) 以7(TC/小時的速度緩慢升溫至54(TC，齒輪在54(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在54(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫15(TC時出爐自 然冷卻；氮化熱處理的步驟及工藝條件為1) 在爐溫5(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以2(TC/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至480 i:時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3 )齒輪以20°C /小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。經(jīng)上述步驟處理后的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等 級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。實施例5:齒輪經(jīng)特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理來減小熱處理中的變形。其中，預(yù)先熱處理的步驟及工藝條件為(1) 在爐溫8(TC時齒輪入爐；(2) 以小于40。C/小時的速度緩慢升溫至52(TC，齒輪在520。C的溫度保持1小時；(3) 齒輪在52(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫8(TC時出爐自 然冷卻；氮化熱處理的步驟及工藝條件為1) 在爐溫149'C時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以4(TC/小時的速度緩慢升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至490 i:時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3) 齒輪以45°C /小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。經(jīng)上述步驟處理后的齒輪的公法線變形量控制在O. 004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等 級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法，其特征在于在進(jìn)行齒輪的氮化熱處理工藝前，先對齒輪進(jìn)行預(yù)先熱處理，然后再對齒輪進(jìn)行氮化熱處理，其齒輪預(yù)先熱處理包含以下步驟(1)在爐溫小于150℃時齒輪入爐；(2)以小于80℃/小時的速度緩慢升溫至530±20℃，齒輪在530±20℃的溫度保持1小時；(3)齒輪在530℃±20℃保持1小時后，以100℃/小時的速度緩慢降溫，待爐溫小于200℃時出爐自然冷卻；其齒輪氮化熱處理的工藝步驟如下1)在爐溫低于150℃時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2)以30±10℃/小時的速度緩慢升溫，于200℃、300℃和400℃時各保持2小時，升溫至480～490℃時保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20～25％；3)齒輪以小于50℃/小時的速度隨爐降溫至150℃時出爐空冷。
2.如權(quán)利要求l所述的減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝方法，其 特征在于齒輪預(yù)先熱處理包含以下步驟(1) 在爐溫小于15(TC時齒輪入爐；(2) 以5(TC/小時的速度緩慢升溫至53(TC，齒輪在53(TC的溫度保持l小時；(3) 齒輪在53(TC保持1小時后，以10(TC/小時的速度緩慢降溫，待爐溫小于20(TC時 出爐自然冷卻；所述的齒輪氮化熱處理，其工藝步驟如下1) 在爐溫低于15(TC時齒輪入爐，排掉爐內(nèi)的空氣，然后通入氨氣；2) 以3(TC/小時的速度升溫，于20(TC、 30(TC和40(TC時各保持2小時，升溫至485。C時 保持3小時，在整個氮化過程中，氨分解率控制在20 25%;3) 齒輪以小于50°C/小時的速度隨爐降溫至150°C時出爐空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小齒輪在氮化熱處理中變形的工藝，齒輪經(jīng)過特殊的預(yù)先熱處理和氮化熱處理后，其公法線變形量控制在0.004mm以下，齒形、齒向等齒輪精度等級指標(biāo)均保持氮化熱處理前的狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減小了齒輪在熱處理過程中的變形，省去傳統(tǒng)方法熱處理后，由于變形過大而對齒輪零件的精加工，簡化了工藝步驟，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時不會因為精加工而降低氮化處理后齒輪的表面硬度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。該工藝方法新穎，操作簡便、靈活，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可以廣泛用于氮化齒輪。
文檔編號C21D9/32GK101333663SQ20071020089
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者蘭太航 申請人:貴州群建齒輪有限公司