本發(fā)明涉及挖掘機(jī)用齒輪軸的熱處理方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于大型重載工程機(jī)械設(shè)備中采用的齒輪軸而言，為了確保重載可靠性以及高精度要求，需要對(duì)齒輪軸采取熱處理來(lái)提高硬度。以挖掘機(jī)為例，在其行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中通常會(huì)采用太陽(yáng)齒輪軸和輸出齒輪軸來(lái)輸出動(dòng)力。這就要求這些齒輪軸的齒根必須有足夠高的硬度。

對(duì)于這種齒輪軸的傳統(tǒng)熱處理方法大體上有兩種。一種是整體滲碳淬火加低溫回火，另一種是感應(yīng)淬火加低溫回火。但是，采用整體滲碳加回火的熱處理方法總是會(huì)導(dǎo)致所處理的零件發(fā)生變形。而采用感應(yīng)淬火的熱處理方法無(wú)法確保齒輪軸的齒根被足夠硬化，在重載的工況下，有可能會(huì)導(dǎo)致零件出現(xiàn)裂縫或者甚至齒根斷裂，影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的使用壽命。

因此，迫切期望改進(jìn)針對(duì)齒輪軸的熱處理方法，減少所處理的齒輪軸變形發(fā)生率并增加齒根的硬度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出改進(jìn)的熱處理方法，如果挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)齒輪軸和輸出齒輪軸采用該熱處理方法處理的話，能夠降低齒輪軸的變形發(fā)生率并且提高齒輪的齒根硬度，避免齒根裂縫或斷裂的不利情況發(fā)生，提高機(jī)構(gòu)的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于處理齒輪軸、尤其挖掘機(jī)中采用的齒輪軸的熱處理方法，其包括以下步驟：

在預(yù)熱爐內(nèi)將齒輪軸預(yù)熱至400℃至500℃；

將滲碳爐的裝爐溫度設(shè)定為900℃至910℃之間；

將齒輪軸整體置入到所述滲碳爐內(nèi)，爐溫控制為900℃至930℃之間，保溫2至8小時(shí)；

將所述滲碳爐的爐溫調(diào)整為830℃至850℃之間，保溫30分鐘至50分鐘；

將齒輪軸從所述滲碳爐取出，置入到感應(yīng)式淬火爐內(nèi)，爐溫控制為840℃至860℃之間，控時(shí)2小時(shí)以內(nèi)；

將齒輪軸從所述感應(yīng)式淬火爐取出，置入到回火爐內(nèi)進(jìn)行低溫回火，爐溫控制為150℃至250℃之間，低溫回火2至5小時(shí)；以及

將齒輪軸從回火爐取出，空冷至環(huán)境溫度。

優(yōu)選地，所述齒輪軸由諸如20CrMnTi或20CrMnMo的低碳合金鋼制成。

優(yōu)選地，所述齒輪軸以碳勢(shì)控制為0.8至1.1C％之間的方式在所述滲碳爐內(nèi)以爐溫為900℃至930℃之間保溫2至8小時(shí)。

優(yōu)選地，所述齒輪軸以碳勢(shì)控制為0.7至0.9C％之間的方式在所述滲碳爐內(nèi)以爐溫為830℃至850℃之間30分鐘至50分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種用于處理齒輪軸、尤其挖掘機(jī)中采用的齒輪軸的熱處理方法，其包括以下步驟：

在預(yù)熱爐內(nèi)將齒輪軸預(yù)熱至400℃至500℃；

將滲碳爐的裝爐溫度設(shè)定為890℃至900℃之間；

將齒輪軸整體置入到所述滲碳爐內(nèi)，爐溫控制為880℃至910℃之間，保溫2至8小時(shí)；

將所述滲碳爐的爐溫調(diào)整為815℃至830℃之間，保溫30分鐘左右；

將齒輪軸從所述滲碳爐取出，置入到高溫回火爐內(nèi)進(jìn)行高溫回火，爐溫控制為550℃至700℃之間，高溫回火2小時(shí)至5小時(shí)；

將齒輪軸從高溫回火爐取出，空冷至環(huán)境溫度；

將預(yù)熱爐的裝爐溫度設(shè)定為750℃至770℃之間；

將齒輪軸整體裝入所述預(yù)熱爐內(nèi)保溫2小時(shí)左右；

將所述齒輪軸從所述預(yù)熱爐取出，置入感應(yīng)式淬火爐內(nèi)，爐溫控制為850℃至870℃之間，控時(shí)2小時(shí)以內(nèi)；

將齒輪軸從所述感應(yīng)式淬火爐取出，置入到低溫回火爐內(nèi)進(jìn)行低溫回火，爐溫控制在150℃至250℃之間，低溫回火2至5小時(shí)；以及

將齒輪軸從所述低溫回火爐取出，空冷至環(huán)境溫度。

可選地，所述高溫回火爐與所述預(yù)熱爐為同一個(gè)爐。

可選地，所述齒輪軸在高溫回火并空冷至環(huán)境溫度后，能夠被機(jī)加工處理。

優(yōu)選地，所述齒輪軸由諸如20CrMnTi或20CrMnMo的低碳合金鋼制成。

優(yōu)選地，所述齒輪軸以碳勢(shì)控制為0.7至1.2C％之間的方式在所述滲碳爐內(nèi)以爐溫為880℃至910℃之間保溫2至8小時(shí)。

優(yōu)選地，所述齒輪軸以碳勢(shì)控制為0.6至0.8C％之間的方式所述滲碳爐內(nèi)以爐溫為815℃至830℃之間保溫30分鐘左右。

附圖說(shuō)明

從后述的詳細(xì)說(shuō)明并結(jié)合下面的附圖將能更全面地理解本發(fā)明的前述及其它方面。需要指出的是，各附圖的比例出于清楚說(shuō)明的目的有可能不一樣，但這并不會(huì)影響對(duì)本發(fā)明的理解。在附圖中：

圖1a和圖1b分別示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法所針對(duì)使用的挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及它們中的太陽(yáng)齒輪軸和輸出齒輪軸；

圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法的第一實(shí)施例的時(shí)間-溫度曲線圖；并且

圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法的第二實(shí)施例的時(shí)間-溫度曲線圖。

具體實(shí)施方式

在本申請(qǐng)的各附圖中，結(jié)構(gòu)相同或功能相似的特征由相同的附圖標(biāo)記表示。

圖1a示意性示出了挖掘機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的變速箱殼體1，在其中安裝有行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)齒輪軸1a在 一端上具有一體形成的齒輪1b。圖1b示意性示出了挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的變速箱殼體2，在其中安裝有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出齒輪軸2a在一端上具有一體形成的齒輪2b。本發(fā)明以下介紹的熱處理方法可以用于整體處理上述太陽(yáng)齒輪軸1a和輸出齒輪軸2a。

但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚本申請(qǐng)文件中記載的熱處理方法并不限于所示出的具體實(shí)例，而是可以用于實(shí)現(xiàn)任何重載及高精度要求的齒輪軸熱處理。需要指出的本發(fā)明的熱處理方法主要是針對(duì)由諸如20CrMnTi或20CrMnMo的低碳合金鋼制成的齒輪軸。

圖2以時(shí)間-溫度曲線圖的方式示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法的第一實(shí)施例，在該圖中，橫坐標(biāo)軸t代表時(shí)間，縱坐標(biāo)軸T代表溫度，尤其指的是待處理的零件所放置于處理爐中的爐溫。另外，需要指出的是取決于所處理的零件尺寸大小，各個(gè)處理階段的時(shí)間以及爐溫可能有所不同，因此在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中處理時(shí)間和爐溫均指的是時(shí)間段和溫度段。本領(lǐng)域技術(shù)人員在清楚時(shí)間段和溫度段后應(yīng)當(dāng)清楚如何根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)以及具體的處理零件來(lái)確定合適的最佳時(shí)間和最佳爐溫。

在圖2所示的第一實(shí)施例中，采用的熱處理設(shè)備包括預(yù)熱爐、滲碳爐、感應(yīng)式淬火爐、以及回火爐。這些設(shè)備均為目前市場(chǎng)上有售的設(shè)備，因此設(shè)備的具體參數(shù)在此省略。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚無(wú)論在以上提到的本發(fā)明的熱處理方法的第一還是第二實(shí)施例中，零件在首次裝入滲碳爐之前均會(huì)先在預(yù)熱爐內(nèi)預(yù)熱至400℃至500℃。

在本發(fā)明的熱處理方法的第一實(shí)施例中，首先，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為裝爐溫度T₁₀，這里，裝爐溫度T₁₀可以是900℃至910℃。然后，將待處理的零件例如太陽(yáng)齒輪軸或輸出齒輪軸整體裝入到滲碳爐中，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為T₁₁，這里，爐溫T₁₁可以是900℃至930℃，零件在該溫度下在滲碳爐內(nèi)保溫t₁₁時(shí)間段，這里，t₁₁可以是2小時(shí)至8小時(shí)，使得所處理的零件的碳勢(shì)達(dá)到0.8C％至1.1C％。此后，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為T₁₂，這里，爐溫T₁₂可以是830℃至850℃，零件在該滲碳爐內(nèi)不動(dòng)，進(jìn)行擴(kuò)散保溫t₁₂時(shí)間段，這里，t₁₂可以是30分鐘至 50分鐘，使得所處理的零件的碳勢(shì)達(dá)到0.7C％至0.9C％。之后，將所處理的零件從滲碳爐中取出，再置入到感應(yīng)式淬火爐內(nèi)進(jìn)行淬火，此時(shí)爐溫調(diào)整為T₁₃，這里，爐溫T₁₃可以是840℃至860℃，感應(yīng)淬火的時(shí)間t₁₃為2小時(shí)以內(nèi)、例如0.5小時(shí)至2小時(shí)。之后，將所處理的零件從感應(yīng)式淬火爐中取出，再置入到回火爐內(nèi)，進(jìn)行低溫回火處理，爐溫控制為T₁₄，這里，爐溫T₁₄可以是150℃至250℃，低溫回火的時(shí)間t₁₄為2小時(shí)至5小時(shí)。在低溫回火結(jié)束后，將所處理的零件從回火爐中取出，如圖2的箭頭所示，令零件空冷至室溫/環(huán)境溫度待用。

如果所要處理的零件是應(yīng)用在更加惡劣的工況下的重載零件或者是精度要求更高的齒輪軸或者說(shuō)對(duì)于零件的金相微組織均勻性要求更高，則可以采用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱處理方法來(lái)處理零件。

圖3以時(shí)間-溫度曲線圖的方式示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法的第二實(shí)施例，在該圖中，橫坐標(biāo)軸t代表時(shí)間，縱坐標(biāo)軸T代表溫度，尤其指的是待處理的零件所放置于處理爐中的爐溫。

在圖3所示的第二實(shí)施例中，采用的熱處理設(shè)備包括滲碳爐、感應(yīng)式淬火爐、預(yù)熱爐、高溫回火爐和低溫回火爐。這些設(shè)備均為目前市場(chǎng)上有售的設(shè)備，因此設(shè)備的具體參數(shù)在此省略。應(yīng)當(dāng)清楚，在該第二實(shí)施例中，也可以省略預(yù)熱爐，而直接用高溫回火爐代替預(yù)熱爐使用，可以達(dá)到同樣的技術(shù)效果。

在本發(fā)明的熱處理方法的第二實(shí)施例中，首先，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為裝爐溫度T₂₀，這里，裝爐溫度T₂₀比第一實(shí)施例中的裝爐溫度T₁₀低_，可以是890℃至900℃。然后，將待處理的零件例如太陽(yáng)齒輪軸或輸出齒輪軸整體裝入到滲碳爐中，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為T₂₁，這里，爐溫T₂₁可以是880℃至910℃，零件在該溫度下在滲碳爐內(nèi)保溫t₂₁時(shí)間段，這里，t₂₁可以是2小時(shí)至8小時(shí)，使得所處理的零件的碳勢(shì)達(dá)到0.7C％至1.2C％。此后，將滲碳爐的爐溫調(diào)整為T₂₂，這里，爐溫T₂₂可以是815℃至830℃，零件在該滲碳爐內(nèi)不動(dòng)，進(jìn)行擴(kuò)散保溫t₂₂時(shí)間段，這里，t₂₂可以是30分鐘左右，使得所處理的零件的碳勢(shì)達(dá)到0.6C％至0.8C％。在此，與第一實(shí)施例不同的是，之后，將所處理的零件從滲碳爐中取出，再置入到高溫回火爐內(nèi)進(jìn)行高溫回火處理， 爐溫控制為T₂₃，這里，爐溫T₂₃可以是550℃至700℃，高溫回火的時(shí)間t₂₃為2小時(shí)至5小時(shí)，從而消除淬火時(shí)在零件內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力并提高零件的韌性。之后，將所處理的零件從高溫回火爐內(nèi)取出，令零件空冷至室溫/環(huán)境溫度，從而確保零件內(nèi)的金相微組織更加均勻。與第一實(shí)施例中零件直接熱處理為成品不同，在第二實(shí)施例的該階段中，所處理的零件為了確保更高的精度，在不破壞所要求的滲碳層厚度的前提下，可選地能夠進(jìn)一步機(jī)加工零件提高精度。

之后，再將處于室溫的零件放入到預(yù)熱爐或高溫回火爐內(nèi)，爐溫控制為T₂₄，這里，爐溫T₂₄可以是750℃至770℃，保溫時(shí)間段t₂₄，這里，t₂₄可以是2小時(shí)左右。之后，將所處理的零件取出置入到感應(yīng)式淬火爐內(nèi)進(jìn)行淬火，此時(shí)爐溫調(diào)整為T₂₅，這里，爐溫T₂₅可以是850℃至870℃，感應(yīng)淬火的時(shí)間t₂₅為2小時(shí)以內(nèi)、例如1小時(shí)至2小時(shí)。之后，將所處理的零件從感應(yīng)式淬火爐中取出，再置入到低溫回火爐內(nèi)，進(jìn)行低溫回火處理，爐溫控制為T₂₆，這里，爐溫T₂₆可以是150℃至250℃，低溫回火的時(shí)間t₂₆為2小時(shí)至5小時(shí)。在低溫回火結(jié)束后，將所處理的零件從低溫回火爐中取出，如圖3的箭頭所示，令零件空冷至室溫/環(huán)境溫度待用。采用第二實(shí)施例的熱處理方法處理后的齒輪軸，不僅可以控制金相微組織更加均勻，還能夠確保齒根區(qū)域的足夠硬化，避免惡劣工況下工作時(shí)齒根斷裂情況的出現(xiàn)。另外，無(wú)論采用根據(jù)本發(fā)明的以上提到的哪種熱處理方法，處理后的零件表面均會(huì)具有隱針狀馬氏體，芯部具有低碳馬氏體，過(guò)渡層結(jié)構(gòu)非常均勻且無(wú)網(wǎng)狀碳化物。根據(jù)測(cè)算，處理后的零件的表面硬度可達(dá)58至65HRC(洛氏硬度單位)，并且硬化層的深度可達(dá)0.6至3.0毫米。

盡管這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，但它們僅僅是為了解釋的目的而給出的，而不應(yīng)認(rèn)為它們對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，各種替換、變更和改造可被構(gòu)想出來(lái)。