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1、(10)申请公布号 CN 102864408 A (43)申请公布日 2013.01.09 CN 102864408 A *CN102864408A* (21)申请号 201110186148.5 (22)申请日 2011.07.05 C23C 8/36(2006.01) (71)申请人 上海龙钱热处理有限公司 地址 200540 上海市金山区金山卫镇东圩村 9 组 (72)发明人 吕习军 (54) 发明名称 风电齿圈的深层离子渗氮工艺 (57) 摘要 本发明涉及风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 该工艺为风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温 至 520保温一段时间， 氨气通入渗氮炉， 继续升 温至 。
2、530保温一段时间后， 再降温至 510保温 一段时间， 渗氮结束后缓慢降温至 150所述风 电齿圈工件出炉 ； 优选 42CrMo 风电齿圈 ； 更进一 步， 该工艺采用机械屏蔽的方法对工件进行防渗 保护处理。与现有技术相比， 本发明工艺周期短， 耗能低， 质量控制精度高， 齿圈渗氮后表面硬度， 耐磨性和疲劳强度都提高， 而且畸变小， 齿轮精度 高， 无需磨削就能直接装配使用， 完全达到风电齿 圈的质量技术要求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 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 附图 1 。
3、页 1/1 页 2 1. 一种风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述风电齿圈的深层离子渗氮工 艺为 ： 风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至 520保温一段时间， 氨气通入渗氮炉， 继 续升温至 530保温一段时间后， 再降温至 510保温一段时间， 渗氮结束后缓慢降温至 150所述风电齿圈工件出炉。 2. 如权利要求 1 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述风电齿圈为 42CrMo 风电齿圈。 3. 如权利要求 2 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述风电齿圈工 件装炉后随炉缓慢阶梯升温至520保温35小时， 氨气通入渗氮炉， 继续升温至5。
4、30保温 40 小时后， 再降温至 510保温 10 小时。 4. 如权利要求 1 至 3 中任一项所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所 述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护 处理。 5. 如权利要求 4 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述机械屏蔽的 方法为采用两块夹板将所述齿圈两端面和所述齿圈端面上的孔洞封盖住。 6. 如权利要求 5 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 在所述风电齿圈 的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极。 7. 如权利要求 5 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于。
5、 ： 所述风电齿圈工 件装炉时采用适当的间隔距离， 所述间隔距离从下至上分别为 100， 150， 120mm。 8. 如权利要求 5 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述风电齿圈工 件阶梯升温采用小电流缓慢加热， 加热速度在每小时 30以内。 9. 如权利要求 5 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述氨气是经过 裂解炉加热分解后通入渗氮炉， 通入气压为 500Pa， 气体流量为 800 900L/min。 10. 如权利要求 5 所述的风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 其特征在于 ： 所述风电齿圈的 深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备。 权 利 要 求 。
6、书 CN 102864408 A 2 1/3 页 3 风电齿圈的深层离子渗氮工艺 技术领域 0001 0001 本发明涉及一种热处理工艺， 尤其涉及风电齿圈的深层离子渗氮工艺。 背景技术 0002 新型清洁能源产业风电中的内齿圈， 由于其它的热处理工艺方法很难满足变形 要求， 要求采用渗氮工艺。针对风电齿圈渗氮后高的质量要求 ： 表面硬度大于 600HV， 渗氮 层深度 0.7 0.9mm 和较高的渗氮层组织要求， 特别是为了确保风电齿圈的精度和使用 性能要求， 设计上规定渗氮后不允许再磨加工， 为此要求渗氮后齿圈的畸变量控制在小于 0.03mm 以内。 0003 由于内齿圈渗层要求深， 考虑。
7、到常规气体渗氮工艺时间太长， 而且变形较大， 达不 到技术要求， 而离子渗氮法利用辉光放电直接对工件进行加热， 工件加热时可以获得均匀 的温度分布， 此外， 由于辉光放电时有阴极溅射作用， 可使工件尺寸减小， 这可抵消由于渗 氮引起的体积胀大， 故渗氮后要求畸变小的工件通常采用离子渗氮。但按常规的离子渗氮 工艺很难达到工件的热处理技术要求， 需要解决以下问题 ： 1、 工件渗氮后需加工部位的防渗保护。由于齿圈渗氮后需再钻孔， 要求防渗处同基体 硬度一样。 由于离子氮化大面积防渗涂料技术未过关， 且涂料后表面光洁度差， 需采用合适 的机械屏蔽方法。 0004 2、 装炉方式和采用工装。 由于工件。
8、直径大壁薄， 外圈部分布满了孔洞， 工件本身易 变形。 此外， 由于离子渗氮加热方式的工艺特性， 离子渗氮的温度均匀性与装炉操作影响很 大， 为保证加热时温度的均匀性， 需制定合理的装炉方案和工装。 0005 3、 设备和供气。采用脉冲加热电源， 提高控制精度。通入炉内的气体要尽量去除 水分等杂质。 0006 4、 渗氮技术指标中， 表面高硬度和深的渗层厚度本身是一对矛盾体 ； 增加渗氮时 间后， 在增加渗氮层深度的同时也增加了工件的变形程度 ； 这就需要渗氮工艺中温度， 时 间， 气压， 气体流量等各工艺参数的合理选配。 0007 发明内容 0008 本发明的目的就是为了克服针对风电齿圈采用。
9、常规气体渗氮工艺周期长， 能耗 高， 变形相对较大， 而采用常规的离子渗氮工艺很难达到热处理畸变量、 高硬度、 深的渗氮 层厚度以及较高的渗氮组织级别等要求的缺陷而提供一种风电齿圈的深层离子渗氮工艺， 该工艺周期短， 耗能低， 质量控制精度高， 齿圈渗氮后表面硬度， 耐磨性和疲劳强度都提高， 而且畸变小， 齿轮精度高， 无需磨削就能直接装配使用， 完全达到风电齿圈的质量技术要 求。 0009 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ： 风电齿圈的深层离子渗氮工艺为 ： 风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至 520保温一段时间， 氨气通入渗氮炉， 继续升温 说 明 书 CN 102864408 。
10、A 3 2/3 页 4 至 530保温一段时间后， 再降温至 510保温一段时间， 渗氮结束后缓慢降温至 150所 述风电齿圈工件出炉。所述风电齿圈为 42CrMo 风电齿圈。 0010 优选的， 所述风电齿圈工件装炉后随炉缓慢阶梯升温至 520保温 35 小时， 氨气 通入渗氮炉， 继续升温至 530保温 40 小时后， 再降温至 510保温 10 小时。 0011 优选的， 所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈 工件进行防渗保护处理。 由于齿圈两端面渗氮后还需转孔， 故硬度不能高， 另外考虑到端面 有许多孔， 而孔洞处易引起辉光放电集中， 局部电流密度偏大， 温度。
11、偏高， 造成工件各部位 温度不均匀， 故需要采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。 0012 优选的， 所述机械屏蔽的方法为采用两块夹板将所述齿圈两端面和所述齿圈端面 上的孔洞封盖住。 0013 优选的， 在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极， 和工件 一起加热升温， 改善了工件加热均匀性。 0014 优选的， 所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离， 所述间隔距离从下至上 分别为 100， 150， 120mm， 保证工件整体加热均匀。 0015 优选的， 所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热， 加热速度在每小时 30以内。 0016 优选的， 所述。
12、氨气是经过裂解炉加热分解后通入渗氮炉， 从而保证了气体质量， 提 高了炉温均匀性。通入气压为 500Pa， 气体流量为 800 900L/min。 0017 优选的， 所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备， 操作简化， 自 动化控制程度高。 0018 与现有技术相比， 本发明的有益效果为 ： 1、 渗氮速度快， 离子渗氮工艺时间85小时， 而常规气体渗氮工艺时间需110小时， 离子 渗氮比气体渗氮节约 25%。 0019 2、 工件变形小， 离子渗氮后齿圈最大变形量 0.02mm, 气体渗氮后齿圈最大变形量 0.04mm。离子渗氮后风电齿圈无需磨齿即可直接装配， 节约了制造成本与。
13、工期。 0020 3、 离子渗氮表面硬度达 650HV， 比气体渗氮高 50 100HV ； 渗氮硬化层深度达 0.87mm, 各项渗氮组织级别全部达到渗氮质量指标， 完全达到设计技术要求。 0021 4、 通过装炉和工装， 设备和工艺操作调节控制， 重点解决了离子渗氮工件加热均 匀性等技术难点， 既能有效地控制各项渗氮质量指标， 特别是严格的畸变量指标， 又能缩短 工艺时间， 充分发挥离子渗氮工艺节能减耗的优势可操作性强， 有效地控制了工艺质量， 达 到产品的技术要求。 附图说明 0022 图 1 为本发明风电齿圈示意图 ； 图 2 为本发明风电齿圈深层离子渗氮工艺示意图。 具体实施方式 0。
14、023 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0024 实施例 ： 说 明 书 CN 102864408 A 4 3/3 页 5 如图1所示的风电齿圈， 其深层离子渗氮工艺示意图如图2所示， 该工艺为风电齿圈工 件装炉后随炉缓慢阶梯升温至 520保温一段时间， 氨气通入渗氮炉， 继续升温至 530保 温一段时间后， 再降温至 510保温一段时间， 渗氮结束后缓慢降温至 150所述风电齿 圈工件出炉。所述风电齿圈为 42CrMo 风电齿圈。所述风电齿圈工件在 520时保温时间为 35 小时， 在 530时保温时间为 40 小时， 在 510时保温时间为 10 小时。 0025 本实施例。
15、中， 采用机械屏蔽的方法对所述风电齿圈工件进行防渗保护处理。具体 为用两块半圆环 3mm 厚铁板， 两端螺丝固定覆盖在齿圈端面， 接缝处间隙小于 0.5mm.。 0026 在本实施例中， 在所述风电齿圈的中心和所述炉子的顶部设置圆盘状辅助阴极， 和工件一起加热升温， 改善了工件加热均匀性。 0027 在本实施例中， 所述风电齿圈工件装炉时采用适当的间隔距离， 所述间隔距离从 下至上分别为 100， 150， 120mm， 保证工件整体加热均匀。 0028 在本实施例中， 所述风电齿圈工件阶梯升温采用小电流缓慢加热， 加热速度在每 小时 30以内。 0029 在本实施例中， 为了保证气体质量， 。
16、提高炉温均匀性， 所述氨气是经过裂解炉加热 分解后通入渗氮炉。通入气压 500Pa 左右， 气体流量为 800 900L/min。 0030 在本实施例中， 所述风电齿圈的深层离子渗氮工艺采用脉冲电源加热设备， 操作 简化， 自动化控制程度高。 0031 上述实施例采用的本发明热处理工艺对 42CrMo 风电齿圈进行处理后得到的技术 参数如下 ： 表面硬度 650-670HV 有效硬化层深度 ： DN=0.87mm 渗氮层脆性 ： 2 级 渗氮层疏松 ： 1 级 氮化物级别 ： 1 级 表面白亮层 0.01mm 心部硬度 ： 296-306HB 齿圈尺寸变动量 0.03mm 上述技术参数完全符合下列 GB/T11354-2005 钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织 检验 中风电齿圈渗氮质量标准 ： 表面硬度 ： 600HV 渗氮层深度 :0.8-1.0mm 渗氮层脆性 ： 1-2 级 渗氮层疏松 ： 1-2 级 氮化物级别 ： 1-3 级 表面白亮层 0.025mm 心部硬度 ： 286-310HB 齿圈尺寸变动量 0.05mm 上述渗氮质量检测是委托第三方 “上海市机械制造工艺研究所有限公司铸锻热检测中 心” 进行。 说 明 书 CN 102864408 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102864408 A 6 。