專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝。
背景技術(shù)：
：目前，隨著汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)的產(chǎn)量每年都在急劇增長(zhǎng)。前橋、后單橋、后雙橋，以及各種型號(hào)的載重貨車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的需求大為增加，對(duì)其形變、強(qiáng)度和使用壽命等性能要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的熱處理工藝已不能滿(mǎn)足這些要求，急需一種既能提高汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪質(zhì)量，又能降低加工成本的熱處理工藝。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝，加工后，錐齒輪的形變、強(qiáng)度和使用壽命等性能均得到提高，本工藝不僅能夠節(jié)約能源，減少熱前的冷加工工時(shí)和熱后磨削量，而且使得生產(chǎn)成本在整體上得到大幅度的削減。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝，包括以下步驟1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度4352。C、風(fēng)量85-95立方米/小時(shí)下風(fēng)冷6075s;2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度650670。C下等溫180190min;3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式(風(fēng)機(jī)吹送自然風(fēng)冷卻)，冷卻至自然溫度1823'C;4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度850880°C，RX(為滲碳用富化氣體)1213mVh，碳勢(shì)O，稀土流量OL/min，推料周期5min;5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度88092(TC，RX1012mVh，碳勢(shì)0.800.86%，稀土流量10~25L/min，推料周期68min;6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳'工藝參數(shù)為溫度88092(TC,RX1530mVh，碳勢(shì)1.101.30%，稀土流量1530L/min;推料周期68min;7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度85089(TC，RX812mVh，碳勢(shì)0.901.00%，稀土流量10~15L/roin,推料周期68min;8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為.'溫度83(TC，RX812mVh，碳勢(shì)0.800.90%，稀土流量1025L/min，推料周期68min;熱處理完成。所述步驟4)8)中，在每個(gè)稀土滲碳室的時(shí)間一般為半個(gè)小時(shí)左右，具體應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)工件大小來(lái)確定時(shí)間長(zhǎng)短。本發(fā)明的工藝是在傳統(tǒng)熱處理基礎(chǔ)上，采用預(yù)先等溫正火處理，然后進(jìn)行催滲的化學(xué)熱處理滲碳工藝，其能使齒輪在形變、強(qiáng)度和使用壽命等方面獲得明顯的提高，而且能夠節(jié)約能源，減少熱前的冷加工工時(shí)和熱后磨削量，使得生產(chǎn)成本在整體上得到大幅度的削減。試驗(yàn)證明，在后續(xù)熱處理工藝不變的前提下，采用等溫正火后的齒輪淬火后的一次合格率可提高20%左右；在滲碳工藝不變的條件下，采用催滲技術(shù)可以使?jié)B碳層厚度增加20-30%,或在相同的技術(shù)要求情況下，通過(guò)添加催滲劑就可以降低滲碳溫度40-50°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果1、采用的技術(shù)為等溫正火與后續(xù)的稀土催滲相結(jié)合，是將兩種減少變形的工藝相結(jié)合，此種工藝現(xiàn)有技術(shù)中未見(jiàn)有報(bào)道。2、采用等溫正火技術(shù)可提高零件的組織狀態(tài)，采用催滲技術(shù)可提高零件滲碳層的質(zhì)量和齒輪的力學(xué)性能，這兩種工藝相結(jié)合可提高零件的綜合機(jī)械性能。3、采用等溫正火與低溫稀土催滲相結(jié)合工藝，可減少主、從動(dòng)錐齒輪的變形，降低廢品率，減少后續(xù)磨削工序的工作量，從而降低成本。4、在不改變滲碳溫度的情況下，采用稀土滲碳技術(shù)后預(yù)計(jì)可提高生產(chǎn)效率10-15%，預(yù)計(jì)節(jié)電10-15%，并節(jié)省其它輔助材料。驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪經(jīng)本發(fā)明的工藝處理后，在生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量上有大幅的提高，產(chǎn)品優(yōu)于傳統(tǒng)熱處理的產(chǎn)品，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中可處于優(yōu)勢(shì)地位，發(fā)展前景十分美好，具有很大的推廣價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。圖1為試樣經(jīng)不同等溫溫度處理后的金相組織；其中，等溫溫度分別為(a)660°C;(b)62(TC;(c)54(TC;(d)SOO。C。圖2為在不同溫度下稀土添加量與滲碳層深的關(guān)系；其中，(a)880°C,(b)920°C。圖3為在滲碳溫度920'C下有無(wú)稀土滲碳層厚度的對(duì)比；其中，(a)有稀土，(b)無(wú)稀土。圖4為滲層中顯微硬度分布示意其中，(a)滲碳溫度920。C、推料周期45min;(b)滲碳溫度88(TC、推料周期35min。圖5為滲碳溫度90(TC、碳勢(shì)1.25%、周期45min時(shí)有無(wú)稀土?xí)r滲層的顯微組織比較示意圖；其中，(a)加稀土，(b)無(wú)稀土。圖6為滲碳溫度92(TC、碳勢(shì)1.15%時(shí)有無(wú)稀土?xí)r滲層的顯微組織比較示意圖；其中，(a)加稀土，(b)無(wú)稀土。圖7為20CrMoH鋼有無(wú)稀土添加滲碳多次沖擊抗力值對(duì)比直方圖。圖8為傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔錐度直方圖。圖9為稀土滲碳齒輪內(nèi)孔錐度直方圖。圖10為傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔橢圓度直方圖。圖11為稀土滲碳齒輪內(nèi)孔橢圓度直方圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例l:對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行熱處理加工的工藝，歩驟如下1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度43°C、風(fēng)量8595立方米/小時(shí)下風(fēng)冷75s;2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度65(TC下等溫190min;3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式(風(fēng)機(jī)吹送自然風(fēng)冷卻)，冷卻至自然溫度1823°C;4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度850'C，RX12m3/h,碳勢(shì)0，稀土流量OL/min，推料周期5min;5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度88(TC，RXllmVh，碳勢(shì)0。84%,稀土流量20L/min，推料周期6min;6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度880'C，RX15m3/h，碳勢(shì)I.10%，稀土流量15L/min;推料周期8min;7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度85(TC，RXllmVh,碳勢(shì)0.98%，稀土流量14L/min，推料周期6min;8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度830'C，RX8mVh，碳勢(shì)0,90%，稀土流量15L/min，推料周期7min;熱處理完成。所述步驟4)8)中，在每個(gè)稀土滲碳室的時(shí)間為2540min之間。實(shí)施例2:對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行熱處理加工的工藝，歩驟如下1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度52°C、風(fēng)量85~95立方米/小時(shí)下風(fēng)冷60s;2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度67(TC下等溫180min;3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式(風(fēng)機(jī)吹送自然風(fēng)冷卻)，冷卻至自然溫度18~23°C;4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度88(TC，RX13mVh,碳勢(shì)0，稀土流量OL/min，推料周期5min;5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度920。C,RXllmVh，碳勢(shì)0.82%，稀土流量15L/min，推料周期8min;6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度92CTC,RX30mVh，碳勢(shì)1,30%,稀土流量30L/min;推料周期6min;7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度89(TC,RX9m3/h,碳勢(shì)095%，稀土流量12L/min，推料周期8min;8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度83(TC，RX12m3/h，碳勢(shì)0.80%,稀土流量20L/min，推料周期6min;熱處理完成。所述步驟4)8)中，在每個(gè)稀土滲碳室的時(shí)間為2540min之間。實(shí)施例3:對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行熱處理加工的工藝，歩驟如下-1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度46°C、風(fēng)量8595立方米/小時(shí)下風(fēng)冷70s;2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度660'C下等溫185min;3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式(風(fēng)機(jī)吹送自然風(fēng)冷卻)，冷卻至自然溫度1S23'C;4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度86(TC,RXl2.5mVh，碳勢(shì)O，稀土流量OL/min，推料周期5min;5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度89(TC,RX12mVh,碳勢(shì)0.86%，稀土流量25L/min，推料周期7min:6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度89CTC，RX20mVh，碳勢(shì)1.20%,稀土流量20L/min;推料周期7min;7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度86(TC,RX12mVh,碳勢(shì)0.90%,稀土流量15L/min，推料周期7min;8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度830。C,RX10mVh，碳勢(shì)0.85%,稀土流量10L/min，推料周期8min;熱處理完成。所述步驟4)8)中，在每個(gè)稀土滲碳室的時(shí)間為30min。實(shí)施例4:對(duì)驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行熱處理加工的工藝，歩驟如下-1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度5(TC、風(fēng)量85~95立方米/小時(shí)下風(fēng)冷65s;2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度655'C下等溫188rain;3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式(風(fēng)機(jī)吹送自然風(fēng)冷卻)，冷卻至自然溫度1823'C;4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度87(TC，RX12m3/h，碳勢(shì)0，稀土流量OL/min,推料周期5min;5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度90(TC,RX10mVh，碳勢(shì)0。80%,稀土流量10L/min，推料周期6min;6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度90(TC，RX25mVh,碳勢(shì)1。2%，稀土流量25L/min;推料周期7min;7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度870'C，RX8mVh,碳勢(shì)1.00%，稀土流量10L/min，推料周期8min;8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度830'C，RX9m3/h，碳勢(shì)0.83%，稀土流量25L/min，推料周期8min;熱處理完成。所述步驟4)8)中，在每個(gè)稀土滲碳室的時(shí)間為35min。實(shí)驗(yàn)l:確定等溫正火的最佳技術(shù)方案等溫正火正火是滲碳鋼鍛件預(yù)先熱處理的主要手段，其目的是消除或改善坯料制備時(shí)所造成的各種組織缺陷，獲得最利于切削加工的組織和硬度，改善組織中相的形態(tài)和分布，細(xì)化晶粒，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。正火工藝原則上是將鋼件加熱至Ac3或Acm以上3(TC-5(TC,保溫一定時(shí)間，使奧氏體均勻化，然后出爐在空氣中或以其他方式冷卻。由于正火是為了獲得珠光體類(lèi)組織，要求其冷卻速度要小于其臨界冷卻速度，否則，會(huì)發(fā)生貝氏體或馬氏體轉(zhuǎn)變。在實(shí)際生產(chǎn)中，正火加熱溫度常常略高于上述溫度。如果正火作為預(yù)先熱處理，則更宜取上限溫度，提高加熱溫度能夠促進(jìn)奧氏體均勻化，增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。這樣有利于組織均勻化。另外，為了減少后序滲碳、淬火后的變形缺陷，要求其奧氏體化溫度要高于以后進(jìn)行的熱處理溫度。在生產(chǎn)實(shí)際中，滲碳鋼鍛造毛坯經(jīng)正火處理后，由于不能控制正火的冷卻速度，因此奧氏體分解相變無(wú)法控制，必然在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)連續(xù)迸行。因而獲得的顯微組織和硬度也可能不同，有些鋼件由于冷卻速度較大，有可能局部甚至全部獲得非平衡組織(a-Fe魏氏組織、貝氏體等)，這不僅影響切削加工性能，而且也會(huì)改變鋼件滲碳淬火后的變形規(guī)律，會(huì)因變形過(guò)大而報(bào)廢。這種情況在淬透性波動(dòng)較大的鋼中更易出現(xiàn)。對(duì)于冷卻速度較小的鋼件，由于鋼的硬度過(guò)低，切削時(shí)易發(fā)生塑性變形，形成切削瘤，出現(xiàn)"粘刀"、"燒刀"現(xiàn)象。等溫正火是指合金鋼件經(jīng)奧氏體化后直接進(jìn)入等溫爐或隨爐冷至等溫溫度保持--定時(shí)間使其完成(Ot+P)或P相變，而后出爐空冷的工藝過(guò)程，適合于過(guò)冷奧氏體相當(dāng)穩(wěn)定P相變溫度范圍窄的中高碳合金鋼種。由于70年代前無(wú)等溫正火這個(gè)名詞，人們把低碳合金鋼鍛件的等溫處理也叫等溫退火。80年代以來(lái)等溫正火名稱(chēng)已在詞典中出現(xiàn)。一般把合金滲碳鋼特別是低合金滲碳鋼鍛件的等溫處理稱(chēng)為等溫正火。齒坯采用等溫正火，能夠?qū)ο嘧冞M(jìn)行控制，即齒坯奧氏體化后，迅速冷卻到A1以下的珠光體相變溫度等溫，使相變?cè)诘葴販囟认逻M(jìn)行，由于等溫正火能夠有效地控制冷卻時(shí)的相變，使相變?cè)诘葴販囟认逻M(jìn)行，避免了帶狀組織超差，非平衡組織(a-Fe魏氏體組織、貝氏體組織、馬氏體組織)出現(xiàn)。為切削加工及滲碳淬火做了組織和性能準(zhǔn)備。在機(jī)械組件中，由于變形引起的齒輪幾何形狀的變化，實(shí)質(zhì)上是產(chǎn)生噪音和局部應(yīng)力集中的根源，這使其使用壽命降低。而且對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)滲碳鋼件，滲碳淬火后一般不進(jìn)行磨削加工，其滲碳淬火后的變形直接影響到裝配總成的最終質(zhì)量，因此滲碳零件熱處理時(shí)的變形必須嚴(yán)格控制。影響滲碳鋼件變形的因素很多，主要有如下幾個(gè)方面①零件形狀；②材料(鋼種、淬透性等)；③鍛造；④毛坯熱處理；⑤機(jī)械加工；⑥滲碳淬火規(guī)范。對(duì)于大量生產(chǎn)的汽車(chē)零件，在影響滲碳鋼件變形的諸因素中，人們的注意力往往集中在滲碳淬火方面，而最易忽視的是鍛坯的預(yù)先熱處理一正火。在實(shí)際生產(chǎn)中常常出現(xiàn)的零件滲碳淬火后變形過(guò)大的現(xiàn)象，往往正是由于預(yù)先熱處理不當(dāng)引起的。變形的表現(xiàn)形式是多樣的，但就其產(chǎn)生根源，可分為內(nèi)應(yīng)力(熱應(yīng)力和組織應(yīng)力)造成的應(yīng)力塑性變形和比容變化引起的體積變形(即比容變形)。由于滲碳淬火前后鋼件的顯微組織不同，而不同的顯微組織的比容是不同的，因而鋼件滲碳淬火后的體積必然與滲碳淬火前不同。不同的體積變化，對(duì)于厚薄不均的零件又會(huì)引起形狀變化。但是只要掌握其尺寸變化規(guī)律，可以通過(guò)控制切削加工留好的預(yù)變形量，就可以使零件滲碳淬火后少量變形甚至不變形。近年來(lái)，隨著引進(jìn)車(chē)型帶來(lái)齒輪材料多樣化和對(duì)齒輪質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，采用普通正火處理已難以滿(mǎn)足汽車(chē)生產(chǎn)的要求。鍛件的正火處理不僅要求硬度在一個(gè)較窄的范圍之內(nèi)(鋼件切削加工時(shí)易斷屑，表面光潔)，而且要求獲得穩(wěn)定的顯微組織(較粗的鐵素體晶粒加較細(xì)的珠光體)，以改善切削加工性能及穩(wěn)定滲碳淬火后的變形規(guī)律。為了滿(mǎn)足上述要求，需要對(duì)正火工藝進(jìn)行改進(jìn)，以獲得正火所要求的顯微組織和硬度范圍。本發(fā)明的發(fā)明人采用不同的等溫溫度處理試樣，并測(cè)定其硬度，觀察組織，結(jié)果如表i所示。表1等溫溫度°c顯微組織硬度HB660鐵素體+珠光體167620鐵素體+珠光體174580鐵素體+細(xì)珠光體183540貝氏體242500貝氏體248由表可知，等溫正火的顯微組織如圖1所示。由表l和圖l可以看出，由于等溫溫度不同，所獲得的顯微組織、硬度值不同。等溫溫度為660'C與600'C時(shí)，均獲得了平衡組織鐵素體加珠光體，而且隨著等溫溫度的降低，鐵素體晶粒減少，珠光體晶粒和片間距離也減少，鋼的硬度增高。等溫溫度在54(TC以下時(shí)，由于貝氏體的形成而使硬度急劇升高。為了使等溫正火獲得最佳效果，必須控制三個(gè)主要工藝參數(shù)(1)等溫前冷卻速度等溫正火前的冷卻速度是保證鋼件等溫正火質(zhì)量的重要參數(shù)，為了保證避免等溫前在較低冷速下析出鐵素體加珠光體組織，使硬度過(guò)低，等溫前鋼件的冷卻速度應(yīng)大于不發(fā)生過(guò)冷奧氏體分解的最小速度。如果在等溫之前過(guò)冷奧氏體部分發(fā)生轉(zhuǎn)變，降低硬度，雖然這部分損失的硬度可以通過(guò)適當(dāng)降低等溫溫度，使待轉(zhuǎn)變的過(guò)冷奧氏體在較低等溫溫度下等溫形成硬度較髙的鐵素體加珠光體(主要是珠光體)組織來(lái)補(bǔ)償，但其不利于獲得穩(wěn)定的正火組織，以達(dá)到穩(wěn)定滲透淬火后變形的要求。由于實(shí)際生產(chǎn)中鋼件尺寸、剖面變化較大，且其最小冷卻速度較難測(cè)定，發(fā)明人在實(shí)際等溫正火生產(chǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)了控制鋼件停鍛后至等溫保持之前冷卻過(guò)程的冷卻控制裝置，即風(fēng)冷室。風(fēng)冷室有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量、風(fēng)溫及傳送帶節(jié)拍時(shí)間都可調(diào)整。(2)等溫溫度為了保證鋼件等溫保持前過(guò)冷奧氏體不發(fā)生分解，除必須達(dá)到足夠的冷卻速度之外，由于合金滲碳鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變，往往都較先共析鐵素體形成容易，所以還必須控制等溫前的最低冷卻溫度，以保證不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，鑒于貝氏體的開(kāi)始形成線(xiàn)的溫度隨冷卻速度的增大而降低，而且受鋼的化學(xué)成份的影響，此溫度應(yīng)比貝氏體開(kāi)始形成溫度要高，等溫溫度是保證鋼件獲得所要求顯微組織和硬度的最主要參數(shù)，低碳合金鋼在正火狀態(tài)下的硬度是受含碳及合金元素對(duì)顯微組織，晶格畸變與位錯(cuò)交互作用和改變位錯(cuò)屬性等影響的。當(dāng)鋼的化學(xué)成分固定時(shí)，等溫正火處理后的硬度主要決定于等溫轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度即轉(zhuǎn)變溫度。為了確保等溫處理后獲得鐵素體加珠光體組織，等溫溫度一定要在鐵素體和珠光體形成溫度范圍之內(nèi)。(3)等溫保持時(shí)間鋼件的等溫保持時(shí)間必須保證，過(guò)冷奧氏體在等溫溫度下能否充分完成鐵素體加珠光體轉(zhuǎn)變的最短時(shí)間一般可從鋼的TTT圖中查得。在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到零件各處厚度等因素的不同，但在等溫保持之前，工件需要有一定時(shí)間均溫，加之鋼件各處化學(xué)成份不均勻。真正達(dá)到等溫溫度的時(shí)間先后不同，完全相變的時(shí)間不一致，等溫時(shí)間應(yīng)比奧氏體轉(zhuǎn)變TTT圖中鐵素體加珠光體轉(zhuǎn)變所需時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。但保持時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能發(fā)生碳化物球化，硬度降低，切削性能惡化，也不利于節(jié)約工時(shí)和熱能，等溫保持時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)。根據(jù)上述討論，最終制定的等溫正火的最佳工藝如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)驗(yàn)2:確定稀土催滲的最佳技術(shù)方案我國(guó)稀土資源豐富，其儲(chǔ)量約占世界儲(chǔ)量的三分之二。在國(guó)內(nèi)眾多科技人員的努力下，稀土這一寶貴資源得到了充分的利用，其開(kāi)采、提存、研究和應(yīng)用已初具規(guī)模，在許多方面居世界領(lǐng)先地位。稀土化學(xué)熱處理是我國(guó)技術(shù)工作者極其重要的發(fā)明，是材料科學(xué)應(yīng)用上重大的突破。自1983年10月金屬學(xué)報(bào)發(fā)表第一篇與稀土化學(xué)熱處理有關(guān)的文章以來(lái)，這方面的研究越來(lái)越受到人們的重視，稀土的加入一方面加快了化學(xué)熱處理過(guò)程的速度、降低了使用溫度、提高了設(shè)備及工夾具的使用壽命，另一方面也提高了零件的綜合機(jī)械性能。近年來(lái)，稀土滲碳新工藝已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)研究走向了生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)不斷的試驗(yàn)研究和對(duì)該工藝實(shí)際應(yīng)用的不斷深入，為稀土催滲和微合金化理論的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前稀土滲碳工作已經(jīng)在許多方面展開(kāi)，有研究結(jié)果表明稀土不但對(duì)滲劑活性組元、擴(kuò)散組元、對(duì)滲劑的分解有很大影響，而且稀土還可以活化鋼件表面，同時(shí)稀土原子自身也可以在鋼中進(jìn)行擴(kuò)散。稀土滲碳的碳濃度分布曲線(xiàn)在普通氣體滲碳的濃度分布曲線(xiàn)之上，顯微硬度分布要比普通氣體滲碳硬度分布下降的平緩。在滲碳過(guò)程中加入稀土元素使淬火組織中亞表層殘余奧氏體含量增多，表層碳化物呈細(xì)小彌散粒狀分布，且向內(nèi)延伸較深。綜上所述，合適的稀土添加量對(duì)氣體滲碳過(guò)程有良好的作用。主要表現(xiàn)在一方面加快了化學(xué)熱處理進(jìn)程，即縮短了生產(chǎn)周期或降低了滲碳溫度，降低能耗，減少變形；另一方面，滲層組織得到細(xì)化，改善了滲碳層的顯微組織，從而提高了被處理表面的綜合機(jī)械性能。下面為具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果最佳稀土添加量的測(cè)量在碳勢(shì)1.00%時(shí)，檢測(cè)滲碳溫度分別為88(TC和92(TC時(shí)，稀土添加量對(duì)20CrMoH鋼滲碳層深度的影響(推料周期35min)，結(jié)果如圖2(a)、(b)所示，由圖中可以看出，在連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線(xiàn)上三區(qū)采用25ml/min左右的流量時(shí)，稀土催滲效果最好。因此在試驗(yàn)過(guò)程中二、三、四區(qū)稀土催滲劑的流量采用20、25、15ml/min，如表3所示。表3最佳稀土添加量的試驗(yàn)區(qū)域一區(qū)二區(qū)三區(qū)四區(qū)五區(qū)溫度，°850880880850830880920920860830RX，m3/h121081010碳勢(shì)，％0.80U00.900.80稀土流量，01015100015201500202515002530150推料周期，min35有無(wú)稀土添加滲碳層厚度的測(cè)量在滲碳溫度92(TC下，測(cè)量添加稀土和不添加稀土?xí)r，滲碳淬火后滲碳層的厚度(推料周期為40min)，結(jié)果如圖3(a)、(b)所示。由圖可見(jiàn),在滲碳溫度920'C、推料周期為40min的條件下，稀土滲碳后的層深為1,35mm，而未加稀土滲碳后的層深為1.14mm。加入稀土后層深增加了0.21mm。有無(wú)稀土滲碳情況下，退火金相組織沒(méi)有很大的變化。在相同溫度工藝條件下i稀土滲碳后的金相層深比普通滲碳的金相層深增加了0.2mm左右。由此可見(jiàn)，稀土元素的加入能夠提高滲碳速度，相同工藝條件下，明顯增加了滲碳層厚度，因此稀土元素的加入能夠縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源。同時(shí)若要獲得相同的滲碳層深度，加入稀土后可降低滲碳溫度，從而減少變形。滲層中顯微硬度分布在滲碳溫度920'C、推料周期45min和滲碳溫度880'C、推料周期35min下，分別測(cè)量滲層中顯微硬度分布，結(jié)果如圖4(a)、(b)所示。由上圖可以看出加入稀土后的顯微硬度分布曲線(xiàn)與未加入稀土的顯微硬度分布曲線(xiàn)的形狀大致相同。稀土滲碳后試樣的顯微梯度比較平緩。在相同工藝條件下，稀土滲碳在試樣表層及次表層的顯維硬度比普通滲碳試樣的顯維硬度高50一00HV。而心部硬度基本趨于一致。這主要是由于稀土的加入促進(jìn)了滲碳原子的滲入，增加了表面碳含量，并抑制了晶粒長(zhǎng)大在淬火過(guò)程中形成了較細(xì)的馬氏體和殘余奧氏體，從而提高了表面及次表面的顯微硬度。同時(shí)由于稀土的加入，主要是增加表面活性，而對(duì)試樣心部基本沒(méi)有影響，因此其心部硬度為試樣的基體硬度。稀土對(duì)碳化物形成及形態(tài)的影響在滲碳溫度90(TC、碳勢(shì)1。25%、周期45min時(shí)，觀察有無(wú)稀土?xí)r滲層的顯微組織，結(jié)果如圖5(a)、(b)所示。由圖可見(jiàn)，圖(a)組織為針狀馬氏體加上2級(jí)彌散狀碳化物，圖(b)組織為針狀馬氏體加上4級(jí)小塊狀碳化物。在不加稀土條件下由于碳勢(shì)較高，在齒輪表層可見(jiàn)析出了小塊狀碳化物，而加入稀土條件后，由于稀土原子的滲入，碳化物呈現(xiàn)顆粒狀細(xì)小彌散均勻分布狀態(tài)，過(guò)共析區(qū)奧氏體晶粒度細(xì)小，殘余奧氏體量少，馬氏體為隱晶或細(xì)針狀。這表明稀土元素的加入改善了碳化物形貌，即降低了碳化物的級(jí)別，使碳化物在滲碳表面層中呈粒狀彌散分布。這是由于在滲碳過(guò)程中，當(dāng)爐內(nèi)碳濃度超過(guò)飽和溶解度極限時(shí)，在齒輪表層沉淀出碳化合物，但由于稀土原子的滲入，以稀土原子為中心，增加了滲層中碳化合物的形核部位，抑制了網(wǎng)狀碳化物的形成，因此改善了碳化物的形態(tài)及其分布。馬氏體和殘余奧氏體在滲碳溫度920'C、碳勢(shì)1.15%時(shí)，觀察有無(wú)稀土添加的滲層顯微組織，結(jié)果如圖6所示。稀土滲碳組織為3級(jí)針狀馬氏體和殘余奧氏體，常規(guī)滲碳組織為大于3級(jí)針狀馬氏體和殘余奧氏體?？梢钥闯?，在相同碳勢(shì)情況下，無(wú)論是否添加稀土，隨著溫度的升高，殘余奧氏體和馬氏體級(jí)均升高。而在相同工藝條件下，添加稀土后馬氏體和殘余奧氏體得到了細(xì)化。稀土對(duì)滲碳層耐磨性能影響本試驗(yàn)的摩擦磨損性能試驗(yàn)是在固-200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，摩擦形式為油潤(rùn)滑摩擦，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min，潤(rùn)滑油用10W30QD發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，試驗(yàn)負(fù)荷為250N，試驗(yàn)時(shí)間為10小時(shí)。磨損試驗(yàn)上面為試樣塊(10mmX20mmX30mm),表面粗糙度為RO,4。下面為GCrl5材料磨輪(050mmX3.6mm)，硬度為6062HRC。試樣的轉(zhuǎn)速采用如下轉(zhuǎn)速下試樣軸轉(zhuǎn)速400±10r/min;200±10r/min，上試樣軸轉(zhuǎn)速360r/min;180r/min,上試樣軸水平往復(fù)最大移動(dòng)距離為土3mm。試驗(yàn)機(jī)兩試樣軸在水平與垂直方向的平行度應(yīng)不大于0.04/300mm。測(cè)量試樣尺寸的儀器誤差不大于土O。002mm。試驗(yàn)在1035'C室溫范圍內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)在無(wú)振動(dòng)、無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)粉塵的環(huán)境中進(jìn)行。試驗(yàn)在摩擦狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)相接近的條件下進(jìn)行。滾動(dòng)、滑動(dòng)復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)的上、下試樣為圓環(huán)形試樣。滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)的上試樣可為蝶形試樣，下試樣為圓環(huán)形試樣。試驗(yàn)前后用三氯乙烷和甲醇清洗。應(yīng)對(duì)清洗后的試樣進(jìn)行烘干，烘干溫度一般為6(TC,保溫2h左右。在金相顯微鏡IOO倍下測(cè)量試塊磨痕寬度由此計(jì)算磨損量。取兩組試樣進(jìn)行磨擦磨損對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)工藝和結(jié)果如表4、表5所示。表4磨擦磨損試樣工藝條件組別類(lèi)別熱處理工藝1無(wú)稀土880°C，周期35min，cp=I.20%稀土2無(wú)稀土900°C,周期40min，cp=1.20%稀土表5磨擦磨損試驗(yàn)結(jié)果組類(lèi)別磨損量，對(duì)比情況別Xl(r3mm3磨損量差值磨損變化率，％1無(wú)稀土37.35-15.29-40.9稀土22.062無(wú)稀土32.16-1U3-34.6稀土21.03試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同磨損時(shí)間、相同磨損載荷條件下，稀土試樣耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)稀土的試樣，這主要是由于稀土原子的滲入，過(guò)共析區(qū)奧氏體晶粒度細(xì)小，殘余奧氏體量少，馬氏體為隱晶或細(xì)針狀，提高了表層的硬度，從而提高耐磨性。多次沖擊抗力的影響多次沖擊抗力試驗(yàn)基于使用小能量往復(fù)作用在試樣上，多次沖擊斷裂是裂紋產(chǎn)生和發(fā)展的結(jié)果，是損傷積累的過(guò)程，用于測(cè)試材料的強(qiáng)度。由表6及直方7可以看出，加稀土后試樣的沖擊抗力值比未加稀土試樣的沖擊抗力值有明顯提高，在相同工藝條件下，由于稀土元素的加入，增加了齒輪表面滲碳層深度，提高了齒輪表面的強(qiáng)度，因此二者的多沖擊抗力就表現(xiàn)出明顯的不同，即稀土加入后多次沖擊抗力有了明顯提高。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>滲碳齒輪除了磨損失效形式外，斷裂也是其失效的一種主要形式。眾所周知，沖擊韌性是大能量一次沖斷標(biāo)準(zhǔn)試樣所得到的數(shù)據(jù)，但是實(shí)際機(jī)械零件卻很少是這樣破壞失效的。多年的實(shí)踐表明，機(jī)械零件常見(jiàn)的失效如疲勞斷裂等所承受的沖擊載荷，都是經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次乃至上百萬(wàn)次運(yùn)轉(zhuǎn)后才斷裂的。多次沖擊斷裂是裂紋發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果，他有一個(gè)損傷積累的過(guò)程。從負(fù)荷條件和破壞條件來(lái)看，與大能量沖擊斷裂有本質(zhì)上的不同，對(duì)于小能量多次沖擊抗力，則主要取決于材料的強(qiáng)度，強(qiáng)度越高則所能承受的沖斷周期也越長(zhǎng)。本試驗(yàn)表明由于稀土的加入，增加了齒輪表面滲碳層深度，細(xì)化了組織，提高了齒輪表面的強(qiáng)度，使得多次沖擊抗力有了明顯提高。稀土滲碳和傳統(tǒng)滲碳齒輪變形規(guī)律對(duì)于此齒輪通過(guò)采用傳統(tǒng)滲碳工藝和稀土滲碳工藝，來(lái)對(duì)比齒輪的內(nèi)孔錐度、橢圓度等參數(shù)變形情況，來(lái)分析其傳統(tǒng)滲碳工藝與稀土滲碳對(duì)齒輪變形的影響規(guī)律。稀土滲碳和傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔錐度從動(dòng)錐齒輪內(nèi)孔錐度變形要求為土0,03mm，熱后磨削量為單邊O.15mm,測(cè)量傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔錐度變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表12，根據(jù)表12中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取&=-0.065，b=0.095，組數(shù)1<=8,組距(厶t-(0,095-(-0,065))/8=0.02),其分組[ti-l，tl]、頻數(shù)(ni)、頻率(fi-ni/n)及矩形高(yi:fi/Ati)，如表7所示，對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔錐度變形分布規(guī)律直方圖如圖8所示。表7傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔錐度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表中，頻數(shù)為樣本觀測(cè)值落在算子區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)；頻率為隨機(jī)變量落在第I個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻率；矩形高為頻率與組距的比值。測(cè)量稀土催滲工藝齒輪熱后內(nèi)孔錐度變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表13，根據(jù)表13中稀土滲碳工藝齒輪的內(nèi)孔錐度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取a:-0,065，b=0,095,組數(shù)K=8，組距(At=(0.095-(-0.065))/8=0.02),其分組[ti-l，tl]、頻數(shù)(ni)、頻率(fi=ni/n)及矩形高(yi=fi/Ati)，如表8所示，稀土滲碳工藝齒輪內(nèi)孔錐度變形分布規(guī)律直方圖如圖9所示。表8稀土滲碳齒輪內(nèi)孔錐度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表中頻數(shù)為樣本觀測(cè)值落在算子區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)；頻率為隨機(jī)變量落在第I個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻率；矩形高為頻率與組距的比值。稀土滲碳和傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔橢圓度從動(dòng)錐齒輪橢圓變形要求為0-0.04mm,熱后磨削量為單邊0.15mm。測(cè)量傳統(tǒng)滲碳工藝齒輪熱后內(nèi)孔橢圓度變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表14,根據(jù)表14中齒輪的內(nèi)孔橢圓度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，取aK),OO，b=0,10，組數(shù)K-IO,組距(At-(0,10-0,00)/10=0。01)，其分組[ti.,，t,]、頻數(shù)(n,)、頻率(f尸ni/n)及矩形高(y產(chǎn)f/Atj)，如表9所示，傳統(tǒng)滲碳工藝齒輪內(nèi)孔橢圓度變形分布規(guī)律直方圖如圖io所示。表9傳統(tǒng)滲碳齒輪內(nèi)孔橢圓度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分組號(hào)[t",t']niyi10.00~0.0150.05520.01~0.0260.06630.02~0.03160.161640.03~0.04320.323250.04~0.05220.222260.05-0.06110,111170.06~0.0720.02280.07~0.0830.03390.08—0.0920.022100.09~0.1010.011表中頻數(shù)為樣本觀測(cè)值落在算子區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)；頻率為隨機(jī)變量落在第I個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻率；矩形高為頻率與組距的比值。測(cè)量稀土催滲工藝齒輪熱后內(nèi)孔橢圓度變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表15，根據(jù)表15中稀土催滲工藝齒輪的內(nèi)孔橢圓度數(shù)據(jù)，取3=0.00，b=0.10,組數(shù)K,,組距(At=(0.10-0.00)/10=0.01),其分組[ti-^]、頻數(shù)(ni)、頻率(fi-tii/n)及矩形高(y產(chǎn)fi/At,)，如表1所示，稀土滲碳工藝齒輪內(nèi)孔橢圓度變形分布規(guī)律直方圖如圖11所示。表10稀土滲碳齒輪內(nèi)孔橢圓度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表中頻數(shù)為樣本觀測(cè)值落在算子區(qū)間內(nèi)的頻數(shù)；頻率為隨機(jī)變量落在第I個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻率；矩形高為頻率與組距的比值?？傊?jīng)過(guò)測(cè)量同批次采用傳統(tǒng)滲碳工藝和稀土滲碳工藝對(duì)比齒輪的內(nèi)孔錐度、橢圓度等參數(shù)變形，一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用低溫稀土滲碳工藝使得在滲碳溫度、淬火溫度都有一定程度的下降。與傳統(tǒng)工藝相比，采用稀土滲碳可以使變速箱齒輪內(nèi)孔錐度、內(nèi)孔橢圓度變形集中區(qū)域0.015~0.035mm、0。03~0,04mm分別下移至-O.025-O.O05mm、0,02~0.03mm。采用稀土滲碳工藝可以通過(guò)降低滲碳溫度、淬火溫度和降低推料周期等方式，減少熱處理過(guò)程中熱應(yīng)力和組織應(yīng)力對(duì)齒輪變形的影響。采用稀土滲碳工藝生產(chǎn)齒輪變形相對(duì)小于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的變形，這樣對(duì)熱后機(jī)械加工的磨削余量控制有益。結(jié)論①采用等溫正火工藝，可獲得平衡組織鐵素體加珠光體和合適的加工硬度。②采用稀土滲碳工藝可提高20%的滲碳速度。③采用稀土滲碳工藝可改變滲碳層的顯微組織，提高顯微硬度、多次抗力，減少磨損量。④采用等溫正火和稀土滲碳工藝可減少變形。根據(jù)上述討論，最終制定的稀土滲碳的最佳工藝如表11所示。表11<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>權(quán)利要求1.一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝，其特征在于，包括以下步驟1)將需要處理的錐齒輪加工件置于風(fēng)冷室中，在溫度43～52℃、風(fēng)量85-95立方米/小時(shí)下風(fēng)冷60～75s；2)風(fēng)冷后置于等溫爐中，在溫度650～670℃下等溫180～190min；3)置于冷卻臺(tái)上，風(fēng)冷方式，冷卻至自然溫度18～23℃；4)進(jìn)入稀土滲碳一室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度850～880℃，RX12～13m3/h，碳勢(shì)0，稀土流量0L/min，推料周期5min；5)進(jìn)入稀土滲碳二室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度880～920℃，RX10～12m3/h，碳勢(shì)0.80～0.86％，稀土流量10～25L/min，推料周期6～8min；6)進(jìn)入稀土滲碳三室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度880～920℃，RX15～30m3/h，碳勢(shì)1.10～1.30％，稀土流量15～30L/min；推料周期6～8min；7)進(jìn)入稀土滲碳四室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度850～890℃，RX8～12m3/h，碳勢(shì)0.90～1.00％，稀土流量10～15L/min，推料周期6～8min；8)進(jìn)入稀土滲碳五室，進(jìn)行稀土滲碳，工藝參數(shù)為溫度830℃，RX8～12m3/h，碳勢(shì)0.80～0.90％，稀土流量10～25L/min，推料周期6～8min；熱處理完成。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)錐齒輪的熱處理加工工藝，包括以下步驟先進(jìn)入風(fēng)冷室中風(fēng)冷，然后進(jìn)入稀土滲碳室進(jìn)行稀土滲碳，本發(fā)明的工藝是在傳統(tǒng)熱處理基礎(chǔ)上，采用預(yù)先等溫正火處理，然后進(jìn)行催滲的化學(xué)熱處理滲碳工藝，其能使齒輪在形變、強(qiáng)度和使用壽命等方面獲得明顯的提高，而且能夠節(jié)約能源，減少熱前的冷加工工時(shí)和熱后磨削量，使得生產(chǎn)成本在整體上得到大幅度的削減。試驗(yàn)證明，在后續(xù)熱處理工藝不變的前提下，采用等溫正火后的齒輪淬火后的一次合格率可提高20％左右；在滲碳工藝不變的條件下，采用催滲技術(shù)可以使?jié)B碳層厚度增加20-30％，或在相同的技術(shù)要求情況下，通過(guò)添加催滲劑就可以降低滲碳溫度40-50℃。文檔編號(hào)C23F17/00GK101638791SQ20091001831公開(kāi)日2010年2月3日申請(qǐng)日期2009年8月27日優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日發(fā)明者湯智華,王者見(jiàn)申請(qǐng)人:山東鴻亦機(jī)械有限公司