渗碳钢的局部回火制造技术

提供了一种将渗碳钢工件接合到铸铁工件的方法，该方法包括对渗碳钢工件的局部区域进行回火，加工该局部区域以降低碳含量，并且在该局部区域处将渗碳钢工件焊接到铸铁工件。回火可以通过感应加热执行，并且这导致该局部区域小于50HRC的硬度曲线。

Local tempering of carburized steel

A method of joining carburized steel workpiece to cast iron workpiece is provided. The method includes tempering the local area of carburized steel workpiece, processing the local area to reduce carbon content, and welding carburized steel workpiece to cast iron workpiece at the local area. Tempering can be performed by induction heating, and this results in a hardness curve of less than 50 HRC in the local area.

【技术实现步骤摘要】
渗碳钢的局部回火
本公开涉及对渗碳钢进行处理的方法，更具体地涉及用于动力传动系统部件中的准双曲面或螺旋锥环形齿轮(hypoidorspiralbevelringgear)的渗碳钢。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。为了减轻动力传动系统部件(如准双曲面差速器组件)重量并提高其强度，已将激光焊接用于将各种部件(例如渗碳钢准双曲面环形齿轮和球墨铸铁差速器壳体)连接在一起。已知焊接球墨铸铁到钢的技术中的问题，并且通常接合的焊池应该具有低于1.2重量％(wt％)的碳含量以防止焊接失败。制造商试图通过在热处理过程中通过加工或利用碳阻挡糊剂或物理合金帽来从准双曲面环形齿轮去除渗碳层来降低碳含量，以防止碳扩散到钢中。加工硬化的钢部件涉及高的加工时间和低的工具寿命两者。这些方法具有固有的问题，例如阻挡碳扩散的可变性，这给后续的硬加工操作留下了未知的硬区域。如果碳的去除不充分，则阻挡碳扩散的可变性也是潜在的焊接失效的领域。此外，用于加工经渗碳的表面的工具昂贵，并且由于加工经渗碳的表面导致的大量磨损而必须定期更换。用于防止碳扩散到钢中的合金帽产生不一致的结果。当工具遇到硬化部分时，这些不一致的结果可能导致工具失效。碳阻挡糊剂是脏乱的，产生不一致的结果，并且降低炉砖的使用寿命并且需要额外的排气程序。通常当材料洛氏硬度C范围(hardnessRockwellC，HRC)超过50(>50HRC)时，必须进行硬加工来创建精确的焊接接头几何形状，并去除总有效壳体，返回至碳含量通常<0.25wt％的母材金属。通过加工(硬车削)去除总有效壳体通常是采用立方体氮化硼(cubicboronnitride，CBN)刀具完成的，并且需要多次浅切削才能在没有灾难性的工具失效的情况下去除材料。浅切削深度增加了循环时间，但是，工具寿命可能仍然不足。通过本公开解决了循环时间增加、工具寿命不足以及其他齿轮焊接问题。
技术实现思路
在本公开的一种形式中，提供了将渗碳工件接合到铸铁工件的方法。该方法包括对渗碳钢工件的局部区域进行回火并加工该局部区域以降低碳含量。该方法还包括在该局部区域处将渗碳钢工件焊接到铸铁工件。在该方法的变体中，使用硬质合金刀具进行加工，碳含量降低至约0.25重量％以下，并且通过感应加热执行回火。在一种形式中，感应加热包括对配置成匹配该局部区域的轮廓的线圈进行加热。在该方法的各种形式中，回火在约600℉至约1200℉之间，不采用碳阻挡糊剂或合金帽的情况下降低了碳含量，并且焊接是激光焊接。在该方法的至少一种形式中，渗碳钢工件是准双曲面或螺旋锥环形齿轮，并且铸铁工件是差速器壳体。在本公开的另一种形式中，提供了用于制备用于后续焊接的渗碳钢工件的方法。该方法包括对渗碳钢工件的局部区域进行回火以降低其HRC，使得可用硬质合金刀具加工该局部区域以将碳含量降低至低于约0.25重量％。在该方法的变体中，回火导致局部区域小于50HRC的硬度曲线，回火通过感应加热来执行，并且在一种形式中，感应加热包括加热被配置为匹配该局部区域的轮廓的线圈。在一种形式中，回火在约600℉和约1200℉之间。在该方法的至少一种形式中，渗碳钢工件是准双曲面或螺旋锥环形齿轮。在本公开的又一种形式中，提供了用于将渗碳钢工件接合到铸铁工件的方法。该方法包括对渗碳钢工件的局部区域进行感应回火，使得该局部区域的硬度曲线小于50HRC，并加工该局部区域以将碳含量降低至低于约0.25wt％。该方法还包括在该局部区域处将渗碳钢工件焊接到铸铁工件。在该方法的变体中，感应加热包括加热被配置为匹配该局部区域的轮廓的线圈，并且渗碳钢工件在加热线圈内旋转。而且，用于这种方法的回火在大约600℉和大约1200℉之间。根据本文中提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，而不意图限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，参考附图，现在将描述其作为示例给出的各种形式，其中：图1是根据本公开的教导制备的示例性齿轮的立体侧视图；图2是根据本公开的教导制备的示例性齿轮的侧面剖视图；图3是示出根据现有技术制备的示例性齿轮的不同的渗透硬化深度的侧面剖视图；图4示出了根据本公开的教导的示例性齿轮的感应加热；图5是示出根据本公开的教导将渗碳钢工件接合到铸铁工件的方法的流程图；图6是示出根据本公开的教导将渗碳钢工件接合到铸铁工件的另一种方法的流程图；以及图7是根据本公开的教导制备的示例性齿轮的侧视图；图8是示出根据现有技术制备的示例性齿轮的不同的渗透硬化深度的硬度测量结果。本文中描述的附图仅用于说明的目的，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。提供了改善渗碳钢的机械加工性并减少硬加工周期时间的方法。该方法包括对经渗碳的部件的特定区域(也被称为“局部区域”)进行高温感应回火，使得硬度曲线降低至小于50HRC。在硬加工之前，硬度曲线减小，因此允许使用切削深度为CBN刀具的四(4)倍的标准硬质合金刀具。标准硬质合金刀具的较大切削深度减少了硬加工周期时间并延长了工具寿命。如下面更详细地阐述的那样，这些方法包括为待感应回火的区域的特定几何形状设计的感应线圈。感应线圈的频率调制可控制表面和次表面加热，从而减少热影响区域。在这些方法下，在采用用于改善硬车削参数的大约600℉和大约1200℉之间的感应温度时，微观结构变得均匀和可预测。通常，根据本公开的教导的方法改善了用于钢和铸铁之间的焊接接头的渗碳钢的机械加工性。参照图1和图2，应用本公开的教导的示例性齿轮20通常包括多个齿轮齿22、位于连续的齿轮齿22之间的齿轮带24、前端26、外侧面28和外部面30。齿轮20还包括外半径32、内侧面34、内部面36和内半径38。这些区域在本文中被称为“局部区”或“局部区域”，并且应当理解的是，根据本公开的方法仅处理齿轮20的这些区域。齿轮20的其他区域未被处理，因为它们随后未被接合到铸铁工件上，并且这种处理负面地影响了齿轮20在这些其他区域中的强度。因此，本公开的教导集中于随后焊接到铸铁工件上的齿轮区域的局部处理。参考图3，根据现有技术制备的齿轮在不同位置40、42、44、46和48处示出了处于50HRC的深度。对批量的齿轮渗碳并准备来测量如下面的图3和图8中所示的位置40至48处的硬度。在与HRC为50并且距离齿轮20表面0.085英寸处相对应的深度处进行硬度测量。如图8中所示，硬度测量结果随距离表面的深度和在齿轮20上的位置而变化。这些硬度变化增加了刀具磨损和成本。更具体地说，由于不同的壳体深度位置以及因此如何预测何时调整工具进给/速度，所以经历了工具寿命问题。参考图4，提供了本公开的示例性感应加热器10。在这种形式中，感应加热器10是包括感应加热线圈50、52和54的三匝线圈，感应加热线圈50、52和54被配置成匹配局部区域25的轮廓。感应线圈50至54对应于需要进行回火的齿轮20上的位置。感应线圈50至54中的每个可以被加热到不同的温度以改变回火速率。在这种形式中，感应线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将渗碳钢工件接合到铸铁工件上的方法，包括：对所述渗碳钢工件的局部区域进行回火；对所述局部区域进行加工以降低碳含量；以及在所述局部区域处将所述渗碳钢工件焊接到所述铸铁工件。

【技术特征摘要】
2017.07.24 US 15/657,8811.一种将渗碳钢工件接合到铸铁工件上的方法，包括：对所述渗碳钢工件的局部区域进行回火；对所述局部区域进行加工以降低碳含量；以及在所述局部区域处将所述渗碳钢工件焊接到所述铸铁工件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回火导致所述局部区域小于50HRC的硬度曲线。3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用硬质合金刀具来执行所述加工。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳含量降低至低于约0.25重量％。5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过感应加热来执行所述回火。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述感应加热包括对被配置为匹配所述局部区域的轮廓的线圈进行加热。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述回火在大约600℉与大约1200℉之间。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述渗碳钢工件是准双曲面或螺旋锥环形齿轮，并且所述铸铁工件是差速器壳体。9.根据权利要求1所述的方法，其中，不采用碳阻挡糊剂或合金帽的情况下降低所述碳含量。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接是激光焊接。11.一种制备用于后续焊接的渗碳钢工件的方法，包括对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·约翰·波加诺瓦斯基，托尼·海登，
申请(专利权)人：福特汽车公司，
类型：发明
国别省市：美国,US