渗碳齿轮盐浴分级淬火工艺特性的研究

摘要

盐浴分级淬火工艺，不但使渗碳齿轮具有高的表面硬度、良好的心部韧性和强度，也可以有效控制齿轮的畸变。盐浴分级淬火工艺采用熔融的盐浴作为淬火介质，结合渗碳齿轮表层马氏体转变点通过设定相关淬火冷却参数实现马氏体的分级转变，从而使渗碳齿轮获得优良的综合性能。然而，针对17CrNiMo6等新型低合金低碳钢渗碳齿轮的盐浴分级淬火工艺，对与钢号淬透性相关的盐浴介质的冷却性能及相关热处理工艺特性的了解尚不全面。因此，为了强化盐浴分级淬火技术的优势，进一步促进其在工业的应用，本文对盐浴介质的冷却特性及17CrNiMo6等几个常用材料的盐浴分级淬火的工艺特性（心部硬度、表面硬度、显微组织、参考含碳量及畸变特性等）进行了较为系统深入的研究，并在个别方面与快速淬火油淬火进行了对比分析。
　　1.研究了三种主要因素（含水量、搅拌速度、盐浴温度）对55％KNO3+45%NaNO2盐浴介质冷却特性的影响。结果表明：随着含水量增大，介质在高温和低温阶段冷却速度均增大；搅拌速度主要对低温阶段的冷却速度有影响，提高搅拌速度，低温冷速随之增大；提高盐浴温度，盐浴介质冷却能力影响不大；其中，含水量对盐浴介质冷却能力影响最为显著。
　　2.研究了不同盐浴分级淬火冷却参数对20CrNi2Mo、17CrNiMo6和20CrMnMo三种材料试棒硬度、金相组织及有效硬化层深度的影响。试验结果表明：含水量提高，有效硬化层深增加，温度增高，对其影响不明显；试样表面硬度受含水量、盐浴温度的影响不大，心部硬度随含水量的提高呈增大趋势。
　　3.选用硝盐、快速淬火油作为淬火介质，分别对17CrNiMo6渗碳齿轮的三联齿齿形试样进行了淬火+回火处理，分析了淬火介质冷却能力、模数、齿根下截面厚度对心部硬度、心部组织及参考含碳量的影响。结果表明，冷却能力较强的盐浴介质可以获得较高的心部硬度值，心部板条马氏体形态尺寸更细，对应参考含碳量较低；在同种介质下淬火，随着齿轮模数、齿根下截面厚度的增大，心部硬度值下降，齿根下截面厚度较薄的齿轮心部板条马氏体更为明显。
　　4.将17CrNiMo6钢的C形试样在优化的工艺参数下进行预处理和渗碳，然后分别将 C形试样在不同搅拌速度（300、500、700、900r/min）下进行盐浴分级淬火。通过综合分析，700r/min的搅拌速度更有利于控制畸变。与油淬结果对比，在300r/min搅拌速度下盐浴介质的盐浴分级淬火，对畸变量的控制降低了28.8%，700r/min的搅拌速度下的盐浴分级淬火对畸变量的控制降低了21.0%，进一步说明了盐浴分级淬火可以有效控制畸变。通过统计分析，说明了盐浴分级淬火对胀缩畸变具有很好的控制效果。
　　通过上述研究，分析认为，盐浴介质的冷却能力可调节，并且针对不同模数、齿根下截面厚度的齿轮，盐浴分级淬火工艺可以有效地控制渗碳齿轮的淬火质量，如调整齿轮心部硬度和涨缩变形等。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 渗碳齿轮盐浴分级淬火工艺简介

1.3 盐浴分级淬火的应用

1.4 盐浴分级淬火的优缺点

1.5 盐浴介质

1.6 本文研究的技术路线及主要内容

第二章 盐浴介质冷却特性的测试试验分析

2.1 试验设备

2.2 试验方法

2.3 试验结果

2.4 分析讨论

2.5 本章小结

第三章 典型齿轮钢渗碳盐浴分级淬火工艺的分析

3.1 试验材料与试验方法

3.2 试验结果及分析

3.3 本章小结

第四章17CrNiMo6渗碳齿轮盐浴分级淬火与油淬工艺的对比

4.1 试验材料及方法

4.2 试验结果

4.3 试验结果分析

4.4 本章小结

第五章 渗碳齿轮盐浴分级淬火的畸变性能和统计分析

5.1 搅拌速度对17CrNiMo6钢盐浴分级淬火畸变特性的影响

5.2 畸变规律统计

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

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