一種齒輪泵用高碳鋼齒輪加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)油泵領(lǐng)域，具體屬于一種齒輪泵用齒輪加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，凸輪軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)機(jī)油泵的傳動(dòng)齒輪，使固定在主動(dòng)齒輪軸上的主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)從動(dòng)齒輪作反方向的旋轉(zhuǎn)，將機(jī)油從進(jìn)油腔沿齒隙與泵壁送至出油腔。機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪的制造精度直接影響了機(jī)油泵的使用性能，驅(qū)動(dòng)齒輪的質(zhì)量程度是機(jī)油泵的重要部件。
[0003]現(xiàn)有齒輪泵齒輪大都選用性能較好的合金制造，合金材料制成的齒輪的制造工藝往往較復(fù)雜，成本較高。
[0004]傳統(tǒng)上認(rèn)為，鋼中碳含量過高，碳化物易于網(wǎng)狀析出，而致材料脆性大，因而高碳鋼在工程上很少應(yīng)用。隨著材料加工技術(shù)的發(fā)展，高碳鋼的研宄獲得突破性進(jìn)展。目前國內(nèi)外一般采用熱機(jī)械變形或多重?zé)崽幚砑夹g(shù)控制高碳鋼的碳化物形成狀態(tài)，以改善鋼的脆性。但前者帶來環(huán)境噪音污染，而后者具有高能耗，均不利于工業(yè)化應(yīng)用。
[0005]若采用中溫等溫?zé)崽幚砉に嚕纬捎珊^飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體加細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組織，即控制碳原子主要以固溶形式存在于貝氏體鐵素體中，以有效地克服碳化物以大塊或結(jié)網(wǎng)狀的析出，進(jìn)而改善材料的韌性。這不僅使得高碳鋼的應(yīng)用潛質(zhì)得以彰顯，而且得以發(fā)展出一種新型的高碳鋼加工工藝。高碳鋼有著較為廣泛的工程應(yīng)用前景，控制中溫等溫?zé)崽幚砉に?，獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體加細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組織的研宄有著強(qiáng)烈工程應(yīng)用背景。然而使高碳鋼具有由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體加細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組織是較困難的。關(guān)鍵的問題是如何選擇適宜的熱處理?xiàng)l件，如奧氏體化溫度、奧氏體化后的冷卻速度、中溫等溫溫度及等溫時(shí)間等控制組織形成條件的協(xié)調(diào)組合。目前，關(guān)于高碳鋼通過中溫等溫?zé)崽幚砉に嚝@得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體加細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織的研宄工作國內(nèi)外鮮有報(bào)道。
[0006]申請(qǐng)?zhí)?01210392812.6公開了一種中高碳鋼的熱處理方法，以鋼為主要原料，根據(jù)以上組分配比，進(jìn)行合金化；退火處理；奧氏體化處理；再在260°C的溫度下進(jìn)行等溫淬火或者不完全淬火，保溫400s ;再進(jìn)行滲納米氧化鋁；最后取出鋼材工件，冷卻到室溫。此方法步驟比較復(fù)雜，成本要求較高。
[0007]中國專利號(hào)02150879.8，公開日2003年05月14日，公開了一份名稱為高強(qiáng)度超高碳鋼及其生產(chǎn)工藝的專利文件，該高強(qiáng)度超高碳鋼及其生產(chǎn)工藝，其合金成分為(重量百分比):C:1.0 ?2.0%、Cr:0.5 ?2.0%、Mn:0.2 ?0.8%、Si 和 Al 中的一種、余 Fe ;生產(chǎn)工藝包括選取合適的添加元素，用噴射成形工藝獲得坯料；然后進(jìn)行大變形量(壓下量達(dá)50%?70%)熱軋，空冷后所得材料無須調(diào)質(zhì)處理，即可達(dá)到100MPa左右的屈服強(qiáng)度與1300MPa左右的抗張強(qiáng)度，并有8?11%延伸率的塑性。噴射成形坯料由于形成均勻細(xì)小的組織而具有優(yōu)異的高溫變形能力。由此可施行大變形量的熱軋，使組織充分致密并且更為均勻細(xì)化，從而獲得高強(qiáng)度超高碳鋼材料。該方法簡(jiǎn)單高效，降低能源消耗與生產(chǎn)成本，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
[0008]上述專利表明了超高碳鋼的組分含量和生產(chǎn)工藝，但是沒有給出其熱處理方式。它的處理工藝與傳統(tǒng)高碳鋼不同，該鋼在奧氏體化加熱時(shí)需形變處理以獲得較多的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，完全奧氏體化淬火后經(jīng)高溫回火獲得彌散球狀滲碳體和鐵素體基體。由于有大量的超細(xì)碳化物，在二次加熱過程中碳化物將阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，獲得超細(xì)奧氏體晶粒。細(xì)小的奧氏體晶粒在不同的冷卻條件下可獲得所需的超細(xì)基體組織，如空冷可獲得超細(xì)珠光體，淬火可獲得超細(xì)馬氏體。但是傳統(tǒng)的淬火方法獲得的馬氏體存在的耐磨性不足、存在疲勞性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種齒輪泵用高碳鋼齒輪加工工藝，該工藝可以克服碳化物以大塊或結(jié)網(wǎng)狀析出，使材料獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成、金相上呈現(xiàn)板條狀的貝氏體組織與細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，從而改善材料的韌性性能。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種齒輪泵用高碳鋼齒輪加工工藝，包括有以下操作步驟:
第一步、下料進(jìn)行鍛造為一圓柱形胚料；
第二步、鍛坯組分均勻化處理；
第三步、機(jī)加工；
第四步、利用滾齒機(jī)進(jìn)行滾齒，滾齒后再進(jìn)行剃齒處理，剃齒精度達(dá)到6級(jí)精度； 第五步、在拉床上，拉鍵槽；
第六步、對(duì)齒輪進(jìn)行碳氮共滲處理，齒輪表面硬度57?63HRC，芯部硬度33?45HRC，滲層0.5?0.8mm，金相組織達(dá)到1_5級(jí)；
第七步、經(jīng)過探傷、成品檢驗(yàn)、清洗防銹包裝，最終成品入庫。
[0011]所述的第二步所述鍛坯組分均勻化處理:升溫至850-1000°C并在該溫度下等溫勻化退火處理，處理時(shí)間為3小時(shí)；
高溫奧氏體化處理:將上述組分均勻化處理后在900-950°C溫度下進(jìn)行等溫處理，處理時(shí)間為20分鐘；
高溫奧氏體化后冷卻處理:將高溫奧氏體化處理后的鍛坯溫度從860-920°C冷卻到200-270°C，冷卻速度為 25-350C /s ；
中溫等溫處理:將上述后冷卻處理后的鍛坯在200-280°C溫下進(jìn)行中溫等溫處理，等溫處理時(shí)間為2-60分鐘，使該鍛坯等溫獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體和細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，等溫處理后水冷至室溫即可。
[0012]所述的對(duì)齒輪進(jìn)行碳氮共滲處理在易普森工業(yè)爐中進(jìn)行，齒輪表面硬度60HRC，芯部硬度38HRC，滲層0.5?0.8mm，金相組織達(dá)到3級(jí)。
[0013]所述第七步與第六步之間增加一個(gè)步驟，將加工成形的齒輪放入氮化爐內(nèi)，然后升溫至400°C?500°C，其中升溫速度80°C?120°C /小時(shí)，保證爐內(nèi)真空度的范圍為400-700pa ;然后通入氨氣到氮化爐內(nèi)，保持爐內(nèi)溫度在500°C -540°C，每分鐘通入氨氣1.6?2L，爐內(nèi)真空度為460pa左右，時(shí)間為5.5h ;然后升溫至550°C _560°C，繼續(xù)按每分鐘1.6?2L通入氨氣，同時(shí)按每分鐘I?1.5L通入氮?dú)?，按每分?.2?0.25L通入稀土溶液，爐內(nèi)真空度為550pa左右，時(shí)間為3?4h。
[0014]所述第六步與第七步之間還包括數(shù)控內(nèi)圓磨床上精磨齒輪端面的步驟。
[0015]所述數(shù)控內(nèi)圓磨床上精磨齒輪端面的步驟后再在平面磨床上精磨端面。
[0016]本發(fā)明大直徑高碳鋼齒輪、齒套熱處理工藝具有以下的有益效果:
該熱處理工藝過程為:先對(duì)鑄態(tài)材料進(jìn)行成分均勻化退火，之后對(duì)材料高溫奧氏體化，然后進(jìn)行冷卻，冷卻至中溫等溫溫度區(qū)間，再在該溫度區(qū)間等溫，以獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體和細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織。
[0017]通過控制高碳鋼在奧氏體化的組織狀態(tài)、奧氏體化后的冷卻速度、中溫等溫溫度和等溫時(shí)間，獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體與細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，以改善高碳鋼的韌性。
[0018]本發(fā)明大直徑齒輪、齒套加工工藝，使受加工齒輪或齒套畸變控制在合格范圍內(nèi)，且基本消除表面脫碳問題。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種高碳鋼制錐齒輪的熱處理工藝作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]實(shí)施例一:
一種齒輪泵用高碳鋼齒輪加工工藝，包括有以下操作步驟:
第一步、下料進(jìn)行鍛造為一圓柱形胚料；
第二步、鍛坯組分均勻化處理；所述鍛坯組分均勻化處理:升溫至850°C并在該溫度下等溫勻化退火處理，處理時(shí)間為3小時(shí)；高溫奧氏體化處理:將上述組分均勻化處理后在900°C溫度下進(jìn)行等溫處理，處理時(shí)間為20分鐘；高溫奧氏體化后冷卻處理:將高溫奧氏體化處理后的鍛坯溫度從860°C冷卻到200°C，冷卻速度為25-35°C/s;中溫等溫處理:將上述后冷卻處理后的鍛坯在200°C溫下進(jìn)行中溫等溫處理，等溫處理時(shí)間為2-60分鐘，使該鍛坯等溫獲得由含過飽和碳的單相鐵素體構(gòu)成的板條狀貝氏體和細(xì)小均勻分布的顆粒狀碳化物組成的組織，等溫處理后水冷至室溫即可。所述的在易普森工業(yè)爐中，對(duì)齒輪進(jìn)行碳氮共滲處理，齒輪表面硬度60HRC，芯部硬度38HRC，滲層0.5?0.8mm，金相組織達(dá)到3級(jí)。
[0021]第三步、機(jī)加工；
第四步、利用滾齒機(jī)進(jìn)行滾齒，滾齒后再進(jìn)行剃齒處理，剃齒精度達(dá)到6級(jí)精度； 第五步、在拉床上，拉鍵槽；
第六步、在易普森工業(yè)爐中，對(duì)齒輪進(jìn)行碳氮共滲處理，齒輪表面硬度57?63HRC，芯部硬度33?45HRC，滲層0.5?0.8mm，金相組織達(dá)到1_5級(jí)；