本發(fā)明涉及熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前，薄壁滲碳淬火高速齒輪工藝孔的設(shè)計(jì)，不考慮滲碳淬火工藝過程的變形問題，或者說是在沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸對滲碳淬火畸變量影響試驗(yàn)研究下的工藝孔設(shè)計(jì)方法，只按正常的齒輪設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，而對于薄壁滲碳淬火高速齒輪，滲碳淬火的變形量特別大，經(jīng)常因?yàn)闈B碳淬火后變形量大，不夠加工尺寸進(jìn)行返修，返修挽救不過來的，最后報(bào)廢的情況也時(shí)常發(fā)生，是生產(chǎn)制造的一大難點(diǎn)，不僅影響生產(chǎn)制造周期，制造成本也大幅提高。

滲碳淬火變形是世界難題，發(fā)達(dá)國家公布的數(shù)據(jù)，在滲碳淬火變形問題上浪費(fèi)的資金也相當(dāng)驚人。以前對滲碳淬火畸變問題的研究，多集中在滲碳淬火的工藝過程，齒輪結(jié)構(gòu)上的研究較少，特別對于國內(nèi)，對透平壓縮機(jī)薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)因素對滲碳淬火畸變影響的研究，幾乎是空白。結(jié)構(gòu)因素是滲碳淬火變形的最主要的因素，而且影響也最大，研究起來效果也最明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是薄壁滲碳淬火高速齒輪的滲碳淬火的變形量大，提供一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法及應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法，控制齒輪上的總孔數(shù)量為3的整數(shù)倍，且呈圓周均勻分布。

進(jìn)一步地，所述總孔包括吊裝孔和工藝孔，所述吊裝孔和所述工藝孔的數(shù)量分別為3的整數(shù)倍。

進(jìn)一步地，所述吊裝孔的直徑為4-6mm，數(shù)量為3個(gè)，所述工藝孔的直徑為7-9mm，數(shù)量為6個(gè)，所述吊裝孔之間的夾角為120°，所述工藝孔之間的夾角為60°，所述吊裝孔與所述工藝孔間夾角為30°，所述吊裝孔和所述工藝孔的孔位置在距離圓心十分之五點(diǎn)二五至十分之六點(diǎn)二五處。

進(jìn)一步地，所述高速齒輪的預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫時(shí)間為“有效厚度/45mm”小時(shí)，空冷；860℃淬火，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)，油冷；650℃回火，保溫時(shí)間為“1.5倍淬火保溫時(shí)間”，空冷。

進(jìn)一步地，所述高速齒輪的滲碳淬火工藝為：930℃滲碳，總保溫時(shí)間為“滲層深度/0.1mm”小時(shí)；850℃球化空淬，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)；650℃高溫回火，保溫時(shí)間為淬火的1.5倍；780℃淬火，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)，油冷；180℃回火，保溫時(shí)間是淬火的2倍。

進(jìn)一步地，所述高速齒輪的材料是12cr2ni4滲碳鋼。

上述方法應(yīng)用于透平壓縮機(jī)薄壁滲碳淬火高速齒輪。

本發(fā)明提供的一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法，使薄壁滲碳淬火高速齒輪的滲碳淬火工序的變形量大幅縮小，畸變量減小30％以上?？刂屏艘驖B碳淬火工藝變形量大，造成磨齒時(shí)不夠磨削尺寸超差造成的返修，甚至報(bào)廢的問題；控制了由于磨齒時(shí)磨削量大，造成了滲層的嚴(yán)重不均勻，硬度不均勻且下降，承載能力下降的問題；更重要的是齒輪的質(zhì)量大幅提高，接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞大幅提高；磨削量減小，成本也會(huì)大幅下降。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明對比實(shí)施例1提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明對比實(shí)施例2提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明對比實(shí)施例3提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例4提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明對比實(shí)施例4提供的薄壁滲碳淬火高速齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法：控制齒輪上的總孔數(shù)量為3的整數(shù)倍，且呈圓周均勻分布。所述總孔包括吊裝孔和工藝孔，所述吊裝孔和所述工藝孔的數(shù)量分別為3的整數(shù)倍，吊裝孔之間呈圓周均勻分布，工藝孔之間呈圓周均勻分布，吊裝孔和工藝孔之間也呈圓周均勻分布。

例如：如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中薄壁滲碳淬火齒輪的總孔為12個(gè)，其中，吊裝孔為4個(gè)，工藝孔為8個(gè)，吊裝孔間夾角90°，工藝孔間夾角45°，工藝孔與吊裝孔間夾角22.5°。將吊裝孔由原來的4個(gè)減少為3個(gè)，工藝孔由8個(gè)減少為6個(gè)。吊裝孔、工藝孔各自按圓周均勻分布，同時(shí)還要保證總孔也按圓周均勻分布(見圖1)。

所述吊裝孔的直徑為4-6mm，優(yōu)選為5mm，數(shù)量優(yōu)選為為3個(gè)。所述工藝孔的直徑為7-9mm，優(yōu)選為8mm，數(shù)量優(yōu)選為為6個(gè)。3個(gè)吊裝孔之間的夾角為120°，6個(gè)工藝孔之間的夾角為60°，吊裝孔與工藝孔之間夾角為30°，吊裝孔和工藝孔的孔位置在距離圓心十分之五點(diǎn)二五至十分之六點(diǎn)二五處。

所述高速齒輪的預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫時(shí)間為“有效厚度/45mm”小時(shí)，空冷；860℃淬火，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)，油冷；650℃回火，保溫時(shí)間為“1.5倍淬火保溫時(shí)間”，空冷。

所述高速齒輪的滲碳淬火工藝為：930℃滲碳，總保溫時(shí)間為“滲層深度/0.1mm”小時(shí)；850℃球化空淬，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)；650℃高溫回火，保溫時(shí)間為淬火的1.5倍；780℃淬火，保溫時(shí)間為“有效厚度/40mm”小時(shí)，油冷；180℃回火，保溫時(shí)間是淬火的2倍。在滲碳、球化空淬、高溫回火，淬火回火以及整個(gè)滲碳淬火等不同工序的變形量都大幅縮小。

所述高速齒輪的材料是12cr2ni4滲碳鋼，12cr2ni4經(jīng)過電爐冶煉、電渣重熔精煉，鍛造比為3-5。

上述方法適用于透平壓縮機(jī)薄壁滲碳淬火的高速齒輪工藝孔的設(shè)計(jì)，也適用于其它的薄壁滲碳淬火齒輪工藝孔的設(shè)計(jì)。

進(jìn)行對比試驗(yàn)時(shí)，需同爐進(jìn)行試驗(yàn)，且保證兩個(gè)對比模擬盤的裝爐高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳?xì)夥諚l件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。無論是原始尺寸測量，還是測試工序完成后的測量，都要保證被測量表面光滑，且在模擬盤完全冷透后測量，測量用千分尺，且測量前進(jìn)行校對，用同一個(gè)千分尺測量。

實(shí)施例1一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法

模擬齒輪材料12cr2ni4，預(yù)備熱處理為正火+調(diào)質(zhì)。用其進(jìn)行薄壁滲碳淬火高速齒輪不同工藝孔，在滲碳淬火工藝過程中的變形量測試試驗(yàn)，包括以下步驟：

(1)總孔的數(shù)量：吊裝孔3個(gè)，工藝孔6個(gè)(見圖1)；

(2)總孔的數(shù)量關(guān)系：為3或者3的倍數(shù)關(guān)系(見圖1)；

(3)總孔的分布：吊裝孔、工藝孔各自按圓周均勻分布，同時(shí)總孔也按圓周均勻分布。

(4)預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫5，空冷；860℃淬火，保溫5.5小時(shí)，油冷；650℃回火，8.0小時(shí)，空冷。

滲碳淬火測試工藝參數(shù)：930℃滲碳10小時(shí)；球化空淬850℃保溫5小時(shí)；650℃高溫回火7.5小時(shí)；780℃淬火保溫5小時(shí)，油冷；180℃回火保溫10小時(shí)。

(5)滲碳淬火測試工藝要領(lǐng)：必須同爐試驗(yàn)，要保證兩個(gè)對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳?xì)夥諚l件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

對比實(shí)施例1

與實(shí)施例1不同之處在于：步驟(1)和(2)按畸變試樣圖2。

經(jīng)測試，實(shí)施例1滲碳淬火后的變形量明顯低于對比例1的滲碳淬火后的變形量，實(shí)施例1的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1a，對比例1的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的齒輪直徑偏差。實(shí)施例1的總變形量比對比例1的總變形量減小了48％，總體上滲碳、球化空淬工序的變形量小于淬火回火工序的變形量，也證明了工件結(jié)構(gòu)因素對控制變形的重要作用。

表1a、實(shí)施例1的變形量數(shù)據(jù)

表1b、對比例1的變形量數(shù)據(jù)

實(shí)施例2一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法

模擬齒輪材料12cr2ni4，預(yù)備熱處理為正火+調(diào)質(zhì)。用其進(jìn)行滲碳淬火過程的變形量測量試驗(yàn)，包括以下步驟：

(1)總孔的數(shù)量：吊裝孔3個(gè)，工藝孔6個(gè)(見圖3)；

(2)總孔的數(shù)量關(guān)系：為3或者3的倍數(shù)關(guān)系(見圖3)；

(3)總孔的分布：吊裝孔、工藝孔各自按圓周均勻分布，同時(shí)總孔也按圓周均勻分布。

(4)預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫5，空冷；860℃淬火，保溫5.5小時(shí)，油冷；650℃回火，8.0小時(shí)，空冷。

滲碳淬火測試工藝參數(shù)：930℃滲碳10小時(shí)；球化空淬850℃保溫5小時(shí)；650℃高溫回火7.5小時(shí)；780℃淬火保溫5小時(shí)，油冷；180℃回火保溫10小時(shí)。

(5)滲碳淬火測試工藝要領(lǐng)：必須同爐試驗(yàn)，要保證兩個(gè)對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳?xì)夥諚l件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

對比實(shí)施例2

與實(shí)施例2不同之處在于：步驟(1)和(2)按畸變試樣圖4。

經(jīng)測試，實(shí)施例2滲碳淬火后的變形量明顯低于對比例2的滲碳淬火后的變形量，實(shí)施例2的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2a，對比例2的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的齒輪直徑偏差。實(shí)施例2的變形量比對比例2的變形量減小了94％，更重要的是不存在橢圓度的變形，也證明了工件結(jié)構(gòu)因素是控制變形的重要性。

表2a、實(shí)施例2的變形量數(shù)據(jù)

表2b、對比例2的變形量數(shù)據(jù)

實(shí)施例3一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法

模擬齒輪材料12cr2ni4，預(yù)備熱處理為正火+調(diào)質(zhì)。用其進(jìn)行滲碳淬火過程的變形量測量試驗(yàn)，包括以下步驟：

(1)總孔的數(shù)量：吊裝孔3個(gè)，工藝孔6個(gè)(見圖5)；

(2)總孔的數(shù)量關(guān)系：為3或者3的倍數(shù)關(guān)系(見圖5)；

(3)總孔的分布：吊裝孔、工藝孔各自按圓周均勻分布，同時(shí)總孔按圓周均勻分布。

(4)預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫5，空冷；860℃淬火，保溫5小時(shí)，油冷；650℃回火，7.5小時(shí)，空冷。

滲碳淬火測試工藝參數(shù)：930℃滲碳10小時(shí)；球化空淬850℃保溫5小時(shí)；650℃高溫回火7.5小時(shí)；780℃淬火保溫5小時(shí)，油冷；180℃回火保溫10小時(shí)。

(5)滲碳淬火測試工藝要領(lǐng)：必須同爐試驗(yàn)，要保證兩個(gè)對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳?xì)夥諚l件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

對比實(shí)施例3

與實(shí)施例3不同之處在于：步驟(1)和(2)按畸變試樣圖6。

經(jīng)測試，實(shí)施例3滲碳淬火后的變形量明顯低于對比例3的滲碳淬火后的變形量，實(shí)施例3的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3a，對比例3的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的齒輪直徑偏差。實(shí)施例3的變形量比對比例3的變形量減小了36％，更重要的是不存在橢圓度的變形，也證明了工件結(jié)構(gòu)因素是控制變形的重要性。

表3a、實(shí)施例3的變形量數(shù)據(jù)

表3b、對比例3的變形量數(shù)據(jù)

實(shí)施例4一種減小薄壁滲碳淬火高速齒輪畸變量的方法

模擬齒輪材料12cr2ni4，預(yù)備熱處理為正火+調(diào)質(zhì)。用其進(jìn)行滲碳淬火過程的變形量測量試驗(yàn)，包括以下步驟：

(1)工藝孔的數(shù)量：吊裝孔3個(gè)，工藝孔6個(gè)(見圖7)；

(2)工藝孔的數(shù)量關(guān)系：為3或者3的倍數(shù)關(guān)系(見圖7)；

(3)工藝孔的分布：吊裝孔、工藝孔各自按圓周均勻分布，同時(shí)總的孔按圓周均勻分布。

(4)預(yù)備熱處理工藝為：950℃正火，保溫5小時(shí)，空冷；860℃淬火，保溫5小時(shí)，油冷；650℃回火，7.5小時(shí)，空冷。

滲碳淬火測試工藝參數(shù)：930℃滲碳10小時(shí)；球化空淬850℃保溫5小時(shí)；650℃高溫回火7.5小時(shí)；780℃淬火保溫5小時(shí)，油冷；180℃回火保溫10小時(shí)。

(5)滲碳淬火測試工藝要領(lǐng)：必須同爐試驗(yàn)，要保證兩個(gè)對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳?xì)夥諚l件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

對比實(shí)施例4

與實(shí)施例4不同之處在于：步驟(1)和(2)按畸變試樣圖8。

經(jīng)測試，實(shí)施例4滲碳淬火后的變形量明顯低于對比例4的滲碳淬火后的變形量，實(shí)施例2的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4a，對比例2的變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的齒輪直徑偏差。實(shí)施例4的變形量比對比例4的變形量減小了60％，更重要的是不存在橢圓度的變形，也證明了工件結(jié)構(gòu)因素是控制變形的重要性。

表4a、實(shí)施例4的變形量數(shù)據(jù)

表4b、對比例4的變形量數(shù)據(jù)

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。