铬镍钢齿轮渗碳淬火的新工艺是嘛
铬镍钢齿轮渗碳淬火的新工艺
摘要:铬镍钢齿轮,特别是20Cr2Ni4钢齿轮,以往由于渗碳淬火后表层存在大量的残余奥氏体,所以在渗碳后淬火之前进行一次高温回火,即一次淬火法。其生产率低,耗能多。经我们多年实践,采用微机控制渗碳,实现齿轮渗碳后直接淬火工艺。
关键词:微机控制;一次淬火;直接淬火;残余奥氏体
1.前言
我厂磨煤机减速箱齿轮有螺旋伞齿轮、弹簧改变实验机圆柱齿轮,其外形尺寸最大直径 982mm,最大模数m=14,采用S17Cr2Ni2Mo,20Cr2Ni2Mo,J20CrNi2Mo铬镍渗碳钢制造。也曾制造一批20Cr2Ni4钢重载齿轮。其工艺路线:锻造——正火加回火——粗车——消除应力——半精加工——渗碳淬火加低温回火——精加工。
对齿轮的渗碳淬火,我们最初采用一次淬火法,即齿轮渗碳后进行高温回火再加热到淬火温度进行淬火。由于我们只有一台滴控井式渗碳炉,齿轮的渗碳、淬火、高温回火都在这个炉子进行。生产周期长,不能满足日益增长的生产量的需求,迫切需要改变现有的一次淬火法,实现齿轮渗碳后降至淬火温度保温30分钟后进行油冷的直接淬火法。
经我们多次工艺试验实现了这一目标。从1995年开始,每年要处理大小齿轮近百套,每炉节约20小时,每炉可节约1500kW·h(度),极大的提高了劳动生产率,满足了生产的需要,如期完成总厂下达的生产任务。
2.合金渗碳钢齿轮技术要求
为满足使用要求,合金渗碳钢齿轮技术要求:
1)齿轮锻坯正火后的硬度HB≤229。
2)渗碳淬火后硬度:齿面58~62HRC,芯部40~45HRC。
3)齿面渗碳层深度:根据不同模数的齿轮,一般为1.5~2.5mm。
4)齿轮锻坯奥氏体晶粒度6级以上,带状铁素体在2级以下。
5)齿面渗碳淬火后组织为隐晶或细针状马氏体组织,不许有针状和状碳化物及大量残余奥氏体存在。碳化物3级以下合格,马氏体加残余奥氏体3级以下合格。心部淬火后为低碳马氏体组织,心部铁素体不允许超过2级。
6)齿面渗碳ddφ33.20 ddφ33.35 ddφ33.50 ddφ33.80淬火后硬度梯度平缓,碳浓度平缓。
7)齿轮精度等级6级。
3.严格控制齿轮锻坯的质量
我厂生产的减速箱齿轮锻坯委托外厂冶炼锻造。为确保锻坯质量,对进厂的锻坯都要进行复验,其中包括表面质量,机械性能,非金属夹杂物,低倍组织,奥氏体晶粒度,带状组织等必须达到技术要求的合格范围。并用同一熔炼炉号,同一材料,同一锻造工艺的锻坯,制成与齿轮同模数的齿形(单之前我们研发的有两根光杠或4根丝杠的齿)渗碳淬火试块。
4.认真做好预备热处理
齿轮锻坯的预备热处理的好坏直接关系到后序的渗碳淬火的质量。其中包括马氏体针的粗细。严格执行正火加回火工艺,我们选用的正火温度高于渗碳温度20℃,即940℃保温3小时空冷,650~700℃保温4小时空冷。1OOKW台车炉装炉量8件,严格检查齿轮锻坯正火后的硬度和金相组织和晶粒度的检查。组织为细珠光体,晶粒南京主动对接国家“中国制造2025”战略度优于6级。
5.齿轮渗碳淬火设备及工艺
我们使用150KW滴注式井式渗碳炉对齿轮进行渗碳淬火,其有效尺寸为Φ1200×1200,该炉靠炉盖本身自重(约1吨重)及石棉盘根与炉罐密封,省去炉盖和炉罐用螺栓、螺母连续的繁重体力劳动。经过冷热调试,炉温均匀,设备密封性能好,不漏气。炉罐内炉气碳势均匀,波动小,920℃钢箔定碳。当氧电势E=1140mV时,炉罐内上下部位碳势相差0.02%C;当氧电势E=1125mV时,炉罐内上下部位碳势相差0.03%C。
我们用热电偶做炉温的传感元件,用氧探头做氧电势(炉气碳势)的传感元件。用电磁阀和可控硅做碳势和温度的执行机构。渗碳介质采用工业甲醇加灯用煤油。使用时直接滴入气体渗碳炉内,经裂解后产生活性碳原子,通过调节滴入量控制齿轮表面的碳浓度。我们采用了农机院工艺所研制的TC-890井式炉渗碳微机控制系统,内有滴注式可控气氛渗碳、淬火过程控制程序。
渗碳工艺采用改进的强渗—扩散两段工艺。两段法具有渗碳速度快,渗层碳浓度控制质量好的优点。在此基础上作了进一步改进。充分发挥计算机快速计算的控制功能,根据工况适时调节电磁阀的开启频率和脉冲宽度,调整甲醇、煤油量,并保持两者之间的比例关系。从而逐步调节炉气碳势,使渗碳速度更快,齿面碳浓度平缓,淬火后齿面硬度梯度平缓,渗碳质量更好,称之自适应渗碳法。
实践证明,应用微机控制系统,工人操作简单,工人只要输入钢材代号,要求的硬化层深度和表面含碳量,其一切都由电脑自动控制完成,当硬化层深度和表面含碳量达到预定的目标值时,自动鸣铃提示操作人员出炉。在整个渗碳过程中各工艺参数用数码管显示,并能打印记录。通过对齿表面碳含量的测定,与表面碳浓度设定值0.70
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