一种渗碳钢涨大工艺及一种渗碳钢齿轮

摘要

本发明公开了一种渗碳钢涨大工艺，在粗车或者滚齿后，在面对齿轮坯(钢坯)尺寸偏小的问题时，申请人创造性地应用淬火加高温回火的方式对齿轮坯进行涨大。该种方式不仅便于实施，而且申请人发现经涨大处理后的齿轮坯能够完全符合齿轮的机加工尺寸要求。与已渗碳钢坯相反，未渗碳的钢坯在淬火过程中由于不受表层高碳区的影响，涨大量更大，容易满足尺寸要求。因此，申请人选择在渗碳之前对齿轮坯进行涨大处理。在渗碳之前对钢坯进行涨大处理，不仅能够使钢坯满足后期的机加工尺寸要求，而且经涨大处理后的钢坯更利于后期渗碳淬火的进行。本发明还公开了一种渗碳钢齿轮。

说明书

技术领域

本发明涉及渗碳钢领域，更具体地说，涉及一种渗碳钢涨大工艺及一种渗碳钢齿轮。

背景技术

在现有技术中，通常是利用渗碳钢来加工制作齿轮。齿轮的加工步骤主要包括：毛坯锻料—粗车—滚齿—渗碳+淬火—机加工。其中的毛坯锻料、粗车、滚齿都属于冷加工。

但是，在齿轮的加工过程中，在粗车或滚齿后可能会出现齿轮坯的公法线和齿顶圆尺寸偏小的情况。如果齿轮坯的公法线和齿顶圆的尺寸偏小，那么在后续的机加工中就无法加工出符合要求的齿轮。因此，如果在粗车和滚齿后出现了齿轮坯的公法线和齿顶圆的尺寸偏小，那么就只能将齿轮坯报废，从而造成了材料的浪费，降低了生产效率。

因此，如何对不满足尺寸要求的齿轮坯进行补救，以使齿轮坯的尺寸符合要求，从而规避报废，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

本发明的目的是对不满足尺寸要求的齿轮坯进行补救，以使齿轮坯的尺寸符合要求，从而规避报废。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种渗碳钢涨大工艺，包括：在渗碳前对钢坯进行涨大处理，该涨大处理包括淬火和高温回火。

优选地，所述涨大处理位于粗车后，或者位于滚齿后。

优选地，所述涨大处理包括如下步骤：

S1：淬火；

S2：高温回火；

S3：检测所述钢坯的公法线和齿顶圆是否符合尺寸要求，若是，那么进入后续加工工序；若否，那么进入步骤S1。

优选地，所述步骤S1中淬火时的阶梯均温温度(650±30)℃及淬火温度为T1，T1＝(Ac3+30～50)℃，其中的Ac3根据所述钢坯的材质计算而得。

优选地，若所述钢坯的涨大量的需求较大，那么T1取接近上限值的值；若所述钢坯的涨大量的需求较小，那么T1取接近下限值的值。

优选地，所述钢坯的直径为d，所述步骤S1中淬火时的保温时间为t1，若d≤250mm，那么t1＝d/100；若d＞250mm，那么t1＝(d/100)-0.5。

优选地，所述步骤S2中的高温回火的回火温度为T2，T2＝(650±30)℃。

优选地，所述钢坯的直径为d，所述步骤S2中高温回火的保温时间为t2，t2＝1+(d/50)。

优选地，在所述步骤S2中的高温回火中，采用空冷的方式来对所述钢坯进行冷却。

本发明还提供了一种渗碳钢齿轮，包括涨大部，所述涨大部通过上述任意一种渗碳钢涨大工艺形成。

渗碳钢齿轮的加工工艺包括：毛坯锻料、粗车、滚齿、渗碳、渗碳淬火以及机加工。在粗车或者滚齿后，在面对齿轮坯(钢坯)尺寸偏小的问题时，申请人创造性地应用淬火加高温回火的方式对齿轮坯进行涨大。该种方式不仅便于实施，而且申请人发现经涨大处理后的齿轮坯能够完全符合齿轮的机加工尺寸要求。

与已渗碳钢坯相反，未渗碳的钢坯在淬火过程中由于不受表层高碳区的影响，涨大量更大，容易满足尺寸要求。因此，申请人选择在渗碳之前对齿轮坯进行涨大处理。在渗碳之前对钢坯进行涨大处理，不仅能够使钢坯满足后期的机加工尺寸要求，而且经涨大处理后的钢坯利于后续机加切削加工及渗碳淬火金相组织的弥散分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例提供的涨大处理的流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种渗碳钢涨大工艺，该工艺能够使钢坯的尺寸涨大，从而使钢坯符合后期机加工的尺寸要求。本发明还公开了一种渗碳钢齿轮。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

渗碳钢齿轮的加工工艺包括：毛坯锻料、粗车、滚齿、渗碳、淬火以及机加工。在粗车或者滚齿后，在面对齿轮坯(钢坯)尺寸偏小的问题时，申请人创造性地应用淬火加高温回火的方式对齿轮坯进行涨大。该种方式不仅便于实施，而且申请人发现经涨大处理后的齿轮坯能够完全符合齿轮的机加工尺寸要求。

那么接下来的问题是涨大处理是在渗碳之前进行，还是在渗碳之后进行。为了解决该问题，申请人作了深入的研究，并发现了如下内容：

如果对渗碳之后的钢坯进行涨大处理，渗碳钢(经过渗碳之后的钢坯)在淬火冷却区时芯部与表面渗层产生两个相对的应力。表面渗层具有高碳奥氏体，表面渗层从淬火温度830度左右冷却至Ms(为马氏体转变的起始温度)点温度区间会发生明显的热收缩。此时，芯部由低碳奥氏体向铁素体或低碳贝氏体及马氏体转变，芯部体积增大。因此，芯部与表面渗层之间产生较大的内应力。在这种情况下，究竟是表面渗层将芯部压缩，还是芯部使表面渗层拉伸，主要取决于芯部相变产物的塑性程度。如果芯部淬硬为低碳贝氏体或马氏体，表面渗层就会在芯部涨应力作用下产生拉伸塑性变形，从而使渗碳钢淬火后主导应力方向出现涨大。

如果淬火后芯部只能获得塑性条件好的铁素体，那么在表面渗层热收缩的压缩应力作用下，渗碳钢的主导应力方向产生收缩变形。即使表层渗层继续冷却至Ms点温度以下，产生马氏体转变体积增大，也仅仅能弥补部分尺寸收缩。

与已渗碳钢坯相反，未渗碳的钢坯在淬火过程中由于不受表层高碳区的影响，涨大量更大，容易满足尺寸要求。因此，申请人选择在渗碳之前对齿轮坯进行涨大处理。表1为不同外径的钢坯在已渗碳和未渗碳情况下的涨大量对比表。从表1可以看出，未渗碳情况下钢坯的涨大量明显大于已渗碳情况下钢坯的涨大量。

表1

备注：本发明中所涉及到的钢坯为外齿圈类钢坯或者盘状齿圈钢坯。

需要说明的是，涨大处理可以在粗车后进行，也可以在滚齿后进行。

还需要说明的是，在渗碳之前对钢坯进行涨大处理，不仅能够使钢坯满足后期的机加工尺寸要求，而且经涨大处理后的钢坯利于后续机加切削加工及渗碳淬火金相组织的弥散分布。

涨大处理的具体步骤包括如下内容：

S1：淬火。淬火前的阶梯均温温度为(650±30)℃及淬火时的淬火温度为T1＝(Ac3+30～50)℃，其中的Ac3根据所述钢坯的材质计算而得。需要说明的是，淬火包括加热、保温、冷却，淬火温度T1具体指的是保温温度，Ac3是每种钢材的相变点。

T1的上限值为(Ac3+50)℃，T1的下限值为(Ac3+30)℃。若钢坯的涨大量的需求较大，那么T1取接近上限值的值。若钢坯的涨大量的需求较小，那么T1取接近下限值的值。

淬火时的保温时间t1与钢坯的有效直径d有关，若d≤250mm，那么t1＝d/100；若d＞250mm，那么t1＝(d/100)-0.5。需要说明的是有效直径d＝1.5×(ψD0-ψD1)/2，其中D0为钢坯的外径，D1为钢坯的内径。

S2：高温回火。高温回火的回火温度T2＝(650±30)℃。需要说明的是此处的回火温度T2是指回火时的保温温度，高温回火的保温时间t2＝1+(d/50)。并且，在高温回火中，采用空冷的方式来对钢坯进行冷却。

本发明还公开了一种渗碳钢齿轮，包括涨大部，该涨大部经上述任意一种渗碳钢涨大工艺加工形成。上述渗碳钢涨大工艺具有上述效果，经上述渗碳钢涨大工艺形成的渗碳钢齿轮同样具有上述效果，故本文不再赘述。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。