一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103834953 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103834953 A (21)申请号 201410061381.4 (22)申请日 2014.02.24 C23F 17/00(2006.01) C23C 8/22(2006.01) C21D 1/18(2006.01) C21D 9/32(2006.01) (71)申请人 浙江浦江齿轮有限公司 地址 322200 浙江省金华市浦江县人民西路 29 号 (72)发明人 周学平 洪新阳 张信伟 陈晓智 (74)专利代理机构 杭州丰禾专利事务所有限公 司 33214 代理人 柯奇君 (54) 发明名

2、称 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺 (57) 摘要 本发明涉及一种齿轮加工工艺， 尤其涉及一 种变速箱的内花键齿轮的渗碳淬火工艺。该内花 键齿轮的渗碳淬火工艺合理的调整渗碳温度、 淬 火温度、 淬火油温度以及淬火油品质可以有效的 降低齿轮的热应力和组织应力， 减少齿轮的变形 量， 调高变形规律。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 103834953 A CN 103834953 A 1/1 页 2 1. 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺， 其特征在于依次包括如下

3、步骤 ：（1） 产品进炉， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 并将炉温增加至 875885 C ；（2） 强渗期， 保证炉温 在 875885 C 之间， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 强渗时间 150180min， 产品碳势 1.2% ；（3） 扩散期， 保证炉温在 875885 C， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 扩散时间 4860 min， 产品碳势 1.05% ；（4） 降温， 将炉温降至 815825， 通入流量为 0.20.3m/h 的 丙烷， 保温 45min， 产品碳势降至 0.80% ；（5） 出炉淬火， 采用 KR468C 淬火油进行淬火，

4、油温 控制在 120 C， 产品通过淬火夹具固定后垂直入油， 入油时停开油槽搅拌器， 待齿轮淬火 入油后再打开油槽搅拌器进行搅拌。 2. 根据权利要求 1 所述的一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺， 其特征在于 ： 所述的内花 键齿轮的表面渗碳淬火硬度 56 62HRC， 硬化层深 0.7 1.1mm。 权 利 要 求 书 CN 103834953 A 2 1/3 页 3 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种齿轮加工工艺， 尤其涉及一种变速箱的内花键齿轮的渗碳淬火工 艺。 背景技术 0002 内花键齿轮与相同参数的花键轴类零件传动， 是变速箱设计、 制造中最常用的应 用。

5、此类内花键齿轮需要通过九个步骤完成加工， 依次为锻造正火粗车精车拉花 键滚齿渗碳淬火抛丸成品入库。 其中内花键齿轮的渗碳淬火工艺主要包括以下步 骤 ： 1， 进炉 ； 2， 强渗期， 渗碳温度为 920930之间 ； 3， 扩散期 ； 4， 降温 ； 5， 出炉淬火， 淬火 温度 840， 采用 20 号机油， 油温 100。由于内花键齿轮在制造过程中需要满足特定的工 艺结构要求， 即齿形部分需要达到传动比要求， 实体部分是厚的， 齿轮的齿宽是必要的， 且 零件整体结构是有位置排列要求的， 如此内花键孔的两端齿形壁厚必然是不对称。而此类 内花键齿轮通过上述的渗碳淬火工艺生产出来的内花键齿轮存在

6、的问题在于 ： 1， 该步骤的 淬火温度过高， 使得齿轮产生的组织应力变大、 变形越大 ； 2， 由于淬火油温度过低， 淬火油 的内流动性低， 使得产品冷却不均匀 ； 3， 由于淬火油高温冷却能力不足或者油的蒸汽膜阶 段过长的缘故， 使齿轮大端的淬硬层不足， 导致淬火应力分布不均， 零件冷却不均匀， 变形 严重。 发明内容 0003 为了解决上述问题， 本发明的目的在于提供一种可以有效减小内花键齿轮孔锥度 变形程度的内花键齿轮的渗碳淬火工艺。 0004 为了实现上述的目的， 本发明采用了以下的技术方案 ： 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺， 依次包括如下步骤 ：（1）产品进炉， 通入流量为 0.2

7、0.3m/h的丙烷， 并将炉温增加至875885 C ；（2） 强渗期， 保证炉温在875885 C 之间， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 强渗时间 150180min， 产品碳势 1.2% ；（3） 扩散期， 保证炉温在875885 C， 通入流量为0.20.3m/h的丙烷， 扩散时间4860 min， 产品碳势 1.05% ；（4） 降温， 将炉温降至 815825， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 保温 45min， 产 品碳势降至 0.80% ；（5） 出炉淬火， 采用 KR468C 淬火油进行淬火， 油温控制在 120 C， 产品 通过淬火夹具固定后垂直入油，

8、入油时停开油槽搅拌器， 待齿轮淬火入油后再打开油槽搅 拌器进行搅拌。 0005 作为优选， 所述的内花键齿轮的表面渗碳淬火硬度 56 62HRC， 硬化层深 0.7 1.1mm。 0006 本发明采用上述技术方案， 合理的调整渗碳温度、 淬火温度、 淬火油温度以及淬火 油品质可以有效的降低齿轮的热应力和组织应力， 减少齿轮的变形量， 调高变形规律。 1， 研 究发现随着渗碳温度的升高， 钢的塑性抗力降低而工件的蠕变倾向增大， 奥氏体晶粒度随 渗碳温度的升高而长大， 使工件变形增大， 因此渗碳温度由920-930降为875885 C之 说 明 书 CN 103834953 A 3 2/3 页 4

9、 间有利于减小变形 ； 2， 齿轮渗碳后， 淬火温度越高产生的组织应力越大， 变形越大， 为减小 变形， 应尽量选择淬火下限温度， 优选在 815825之间 ； 3， 淬火油温控制在 120， 提高淬 火油温度减小变形， 因为油的温度提高， 流动性随之改善， 更易均匀地上下循环流动， 以利 于零件均匀冷却， 减小变形 ； 4， KR468C 淬火油具有中高温冷速快， 低温冷速慢， 蒸汽膜阶段 短， 可以确保内花键齿轮淬火后有较小的变形， 同时变形的散差很小。综上所述， 内花键齿 轮的渗碳淬火工艺在加工过程中能够有效的减小内花键齿轮孔锥度变形程度， 提高齿轮质 量。 具体实施方式 0007 对本

10、发明的优选实施方案作进一步详细的说明。 0008 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺， 选用的内花键齿轮的表面渗碳淬火硬度 56 62HRC， 硬化层深 0.7 1.1mm， 该齿轮成品的跨棒距要求范围在 22.80 22.90mm 之间， 公差 0.10mm 内。工艺依次包括如下步骤 ：（1）产品进炉， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙 烷， 并将炉温增加至 875885 C， 随着渗碳温度的升高， 钢的塑性抗力降低而工件的蠕 变倾向增大， 奥氏体晶粒度随渗碳温度的升高而长大， 使工件变形增大， 因此渗碳温度由 920-930降为 875885 C 之间有利于减小变形 ；（2） 强渗期， 保证

11、炉温在 875885 C 之间， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 强渗时间 150180min， 产品碳势 1.2% ；（3） 扩散期， 保证炉温在875885 C， 通入流量为0.20.3m/h的丙烷， 扩散时间4860 min， 产品碳势 1.05% ； 强渗期与扩散期相比于传统工艺的区别主要是炉温， 传统工艺炉温是 920-930 . 而现在是 875885 C， 渗碳温度高变形就大， 降低渗碳温度有利减小变形。 （4） 降温， 将炉 温降至 815825， 通入流量为 0.20.3m/h 的丙烷， 保温 45min， 产品碳势降至 0.80%。齿 轮渗碳后， 淬火温度越高产生

12、的组织应力越大， 变形越大， 为减小变形， 应尽量选择淬火下 限温度， 优选在 815825之间 ；（5） 出炉淬火， 采用 KR468C 淬火油进行淬火， 油温控制在 120 C， 产品通过淬火夹具固定后垂直入油， 入油时停开油槽搅拌器， 待齿轮淬火入油后再 打开油槽搅拌器进行搅拌。一方面， KR468C 淬火油具有中高温冷速快， 低温冷速慢， 蒸汽膜 阶段短， 可以确保内花键齿轮淬火后有较小的变形， 同时变形的散差很小 ； 另一方面， 淬火 油温控制在 120， 提高淬火油温度减小变形， 因为油的温度提高， 流动性随之改善， 更易均 匀地上下循环流动， 以利于零件均匀冷却， 减小变形。 0

13、009 此外， 在步骤 （5） 出炉淬火中， 需要通过装夹方式将齿轮固定， 传统的固定方式有 两种 ： 一种方式为齿轮平叠放置的入油方式， 由于齿轮与齿轮之间叠在一起， 淬火入油时产 品各部位冷却不均匀， 产生了热应力， 增加了变形， 产品内花键跨棒距大小不一， 锥度更大 ； 另一种方式为齿轮挂装式垂直入油， 该方式对平面挠曲变形很小， 相应地对内花键的变形 影响， 也更小。 但是传统的挂装式的夹具使得工件集中受力， 各零件冷却不均匀， 变形严重。 为此本方案还为内花键齿轮的淬火工艺设计了专用夹具， 该夹具上用于穿挂齿轮的心棒为 X 形， 使心棒与孔为两条支撑线接触， 齿轮的自重有孔壁上两条线

14、分担， 且心棒与孔壁之间 的间隙呈 90均匀分布， 变形沿孔园周方向比较均匀， 在淬火冷却时， 由于在轴线方向冷却 比较均匀， 因此椭圆和锥度都减少了， 同时， 装夹零件之间的间隙一致， 以便使各部位淬火 入油时冷却均匀。 0010 如表 1 所示， 通过上述制作工艺以及专用的挂装方式， 将内花键的花键孔进出口 说 明 书 CN 103834953 A 4 3/3 页 5 锥度控制在0.04mm以下， 内花键跨棒距公差带控制在0.08mm以下 （内花键跨棒距实际偏差 = 最大值 - 最小值 =22.89-22.83=0.06） ， 大大提升了产品的质量。 0011 表 1 ： 内花键跨棒距试验检测数据表 说 明 书 CN 103834953 A 5