齿轮钢热处理工艺方法.pdf

本发明属于金属材料热处理工艺技术领域。
    齿轮是机械设备中的基本零件，齿轮地使用寿命直接影响到机械设备的精度稳定性和安全可靠性。汽车、拖拉机齿轮用钢主要有二大类，含镍和钼的渗碳钢，如15Ni、20CrMo、20CrNiMo等，和不含镍的渗碳钢，如：20Cr、20CrMnTi等。国外多采用含镍渗碳钢8620（20CrNiMo），渗碳后经二次重新淬火，疲劳强度可提高1.8倍左右。国外汽车、拖拉机齿轮使用寿命多在30～50万公里。苏联及我国汽车、拖拉机齿轮多采用无镍渗碳钢（20CrMnTiA），经碳氮共渗860℃×8小时，降温到810℃油淬，在200℃时回火2小时以上，再经表面喷丸处理，齿轮的使用寿命一般在6～10万公里。近年来我国研究含硼齿轮钢25Mn2TiB，经碳氮共渗热处理后，齿轮使用寿命可达10～15万公里，但齿轮热处理后变形量比20CrMnTi钢几乎增加一倍。

    本发明的目的在于节约国际上重要战略物资镍和钼的前提下，通过对最广泛使用的齿轮钢20CrTiA的热处理工艺研究，使其使用寿命接近美国汽车制造协会（SAE）8620（20CrNiMo）钢。

    本发明对20CrMnTiA钢制件，先进行碳氮共渗处理，随后进行淬火和回火处理，最后进行喷丸表面强化处理。在一般操作规程下，改变碳氮共渗的时间和温度。由常规860℃×8小时，改为860℃×2小时和830℃×2小时。随后降温至800℃以下进行水淬，并立即在300～200℃时回火1小时，最后进行喷丸强化处理。

    美国齿轮制造商协会（AGMA）规定，硬齿面齿轮HRC55～63，采用特殊材料制造时，在寿命为107时的容许弯曲应力为65KSi（相当于45.5kgf/mm2），经喷丸后，在107次循环下可提高容许弯曲应力45%（即65.98kgf/mm2），若为一般材料，需乘以系数0.846（即55.82kgf/mm2）。据我国冶金工业出版社，1983年出版的合金钢钢种手册，第一册（p.189～194）记载20CrMnTiA钢，经渗碳淬火回火后的疲劳强度极限次＝62kgf/mm2。而经本发明处理的20CrMnTi钢，HRC为58～62，＝64.46kgf/mm2。喷丸强化处理后，在σmax＝105kgf/mm2条件下，其脉冲弯曲疲劳寿命超过500×104次以上而不断。与此同时，耐磨性比常规碳氮共渗的20CrMnTi钢提高三倍。经过本发明方法处理的齿轮具有变形小、耐磨性好和疲劳寿命高的特点。利用本发明可以节能。本发明也可适用于其他耐磨零件如活塞销、凸轮轴、万向节十字头，以及矿山冶金机械中的耐冲击耐磨零件，如电动或风动凿岩机零件的制造。

    本发明的实施例如下：20CrMnTiA齿轮钢，碳氮共渗860℃×2小时和830℃×2小时，随后800℃以下水淬，并立即在300～200℃回火1小时，最后进行喷丸强化处理。