一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，涉及热加工方法技术领域，解决现有外环制造工序复杂、渗碳层深度不均匀、质量一致性差的技术问题，适用于材料为17Cr2Ni2MoVNb钢、直径为150

【技术实现步骤摘要】
一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法


[0001]本专利技术涉及热加工方法
，更具体的是涉及一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法


技术介绍

[0002]外环是某液力变矩器的核心零件，同时兼顾着性能和减重的要求，且齿部要求渗碳淬火；20Cr2Ni4A钢因经渗碳及高温回火后具有良好的综合机械性能，被广泛应用于制造各种外环；但因其淬透性高且晶粒较大，所制造的外环往往出现热处理变形严重、疲劳寿命波动范围大等问题；以某φ186mm、高78mm的20Cr2Ni4A钢外环为例，该零件要达到1.4mm渗碳层深，需在930℃左右的高温下保温492min；由于高温加热时间长，零件的晶粒度和疲劳强度均不理想，其晶粒度在6级左右，试样旋转弯曲疲劳强度在750MPa左右；此外，若采用自由状态渗碳淬火，该类零件椭圆度在0.3mm左右；为保证零件精度，必须增加渗碳层深度并预留较多的磨削余量，随之带来外环制造工序复杂、渗碳层深度不均匀、质量一致性差等问题，进而导致外环零件的疲劳性能下降。
[0003]为控制外环的渗碳淬火变形并提高性能，在制造φ150
‑
200mm外环时，我们使用了比20Cr2Ni4A钢具有更高的疲劳强度，更细的晶粒，热处理变形更小的17Cr2Ni2MoVNb钢；17Cr2Ni2MoVNb钢通过微合金化手段进行组织精细化控制，使渗碳变形显著降低、疲劳性能大幅度提高；此外，17Cr2Ni2MoVNb钢的冶金质量稳定性更易于控制，因此适合于外环零件的精确制造和性能提升；在此基础上，匹配适宜的锻造和热处理工艺，设计有利于减少变形的热处理工装，获得外环高性能小畸变的热加工方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，步骤包括：构建真应力
‑
应变曲线和热加工图
→
锻造
→
正火+高温回火
→
粗加工
→
调质处理
→
粗加工齿形等
→
气/液复合渗碳+高温回火
→
淬火+低温回火；所述构建真应力
‑
应变曲线和热加工图是通过实验测定并构建17Cr2Ni2MoVNb钢的真应力
‑
应变曲线和热加工图，根据真应力
‑
应变曲线和热加工图确定钢材最适宜的锻造温度和应变速率，得出钢材的最佳锻造参数为：变形温度1050℃～ 1150℃，应变速率为0.01s
‑1～0.75s
‑1；本专利技术通过匹配最适宜的锻造温度和保温时间、改造设备控制管路实现气/液复合渗碳提升渗碳速度、设计吸热较小结构合理的装炉料板控制热处理变形等措施，大幅度提高外环性能并减小畸变。
[0006]所述渗碳及高温回火的渗碳装炉方式是将已粗加工出齿形的坯料单层平放于花瓣状CFC碳纤维料板上。
[0007]所述花瓣状CFC碳纤维料板的花瓣片方向和外环涨缩方向一致。
[0008]将易普森可控气氛多用炉CARB
‑
O
‑
PROF系统用于控制氨气的管路改为手动，增加
甲醇+有机物催渗剂液体管路并连通原氨气的自动控制点，实现丙烷+ 甲醇+有机物催渗剂的气/液复合渗碳，在原丙烷超级渗碳的基础上使渗碳速度提升30％。
[0009]所述有机物催渗剂和甲醇混合比例为1:10。
[0010]所述渗碳及高温回火的渗碳过程采用阶梯升温，装有17Cr2Ni2MoVNb钢坯料的料框进炉加热时，先800℃
×
30min保温再880℃
×
30min保温，然后进行渗碳。
[0011]所述渗碳及高温回火的渗碳处理过程在强渗期通入甲醇+有机物催渗剂以提高渗碳速度，甲醇和催渗剂的流量为0.4mL/min，强渗阶段碳势设定为 1.16％，强渗期时间比例设置为88％；扩散期停止通入有机物催渗剂，碳势设定为0.80％，扩散期时间比例设置为98％。
[0012]所述淬火及低温回火采用易普森可控气氛多用炉，加热参数为820℃
×ꢀ
60min，淬火介质为等温分级淬火油，油温设定140℃，淬火后进行低温回火及水喷砂处理。
[0013]所述钢料为17Cr2Ni2MoVNb钢。
[0014]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0015]1.通过真应力
‑
应变曲线和热加工图确定17Cr2Ni2MoVNb钢最佳的的热变形温度和变形速率，确保锻造阶段晶粒破碎充分并避免混晶；通过提高渗碳速度减少930℃阶段的保温时间，减少晶粒长大时间；最终使得外环的晶粒度达到8.5级，相比采用传统工艺达到的晶粒度7.5级，提高了1级。
[0016]2.渗碳装炉所用的CFC碳纤维料板吸热很小，在升降温过程中，外环坯料上、下端面受热几乎同步，不会因受热不均导致热应力变形。
[0017]3.CFC碳纤维料板呈圆环放射状花瓣结构，外环坯料在相应位置对中时，花瓣尺寸可覆盖外环的内外径，确保外环受热和冷却的涨缩过程中各方向所受摩擦阻力基本一致。
[0018]4.渗碳前后通过阶梯升温减少坯料在加热过程中产生的热应力，避免加热过程中坯料各部位温度悬殊较大，减少坯料升温过程中产生的变形。
[0019]5.通过改造设备实现气/液复合渗碳，在渗碳过程中强渗期通入有机物渗剂以提高渗碳效率，使强渗期阶段的渗碳速度提升30％，达到1.4mm渗碳层，强渗期和扩散期总时间由原超级渗碳的492min缩短为气/液复合催渗的334min；扩散期关闭催渗剂不影响渗碳速度，可节约催渗剂成本。
[0020]6.淬火时采用140℃等温分级淬火油可适当调节冷速，在确保冷却应力较小的同时保证17Cr2Ni2MoVNb钢外环的淬透性。
[0021]7.采用此方法获得的外环椭圆度≤0.15mm，无需进行压床淬火即可满足机加要求，生产成本低且效率高。
[0022]8.采用此热加工方法处理的17Cr2Ni2MoVNb钢摩擦系数明显低于传统热加工方法处理的20Cr2Ni4A钢，其耐磨性能优于20Cr2Ni4A钢。
[0023]采用此热加工方法处理的17Cr2Ni2MoVNb钢试样旋转弯曲疲劳强度≥ 1000MPa，较20Cr2Ni4A钢疲劳强度提升≥30％。
附图说明
[0024]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0025]图1为17Cr2Ni2MoVNb钢在0.01s
‑1和1s
‑1应变速率下的真应力
‑
应变曲线；
[0026]图2为本专利技术中构建的17Cr2Ni2MoVNb钢热加工图；
[0027]图3为本专利技术外环的热处理工艺流程图；
[0028]图4为本专利技术制备的外环零件及尺寸示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据实验测定真应力
‑
应变曲线，构建热加工图，确定锻造变形温度为1050℃～1150℃，应变速率为0.01s
‑1～0.75s
‑1；S2:锻造：将钢料加热后进行锻造；S3：正火及高温回火：将锻造后的钢料依次进行正火及高温回火；S4：粗加工；S5：调质处理；S6：粗加工成齿形坯料；S7：渗碳及高温回火，所述渗碳为气/液复合渗碳，所述渗碳过程依次包括强渗期、扩数期；S8：淬火及低温回火。2.根据权利要求1所述的一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，其特征在于，所述渗碳及高温回火步骤中，将已粗加工出齿形的外环坯料单层平放于花瓣状CFC碳纤维料板上进行渗碳及高温回火。3.根据权利要求2所述的一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，其特征在于，所述花瓣状CFC碳纤维料板的花瓣片方向和外环涨缩方向一致。4.根据权利要求1所述的一种高性能小畸变渗碳外环的热加工方法，其特征在于，采用丙烷+甲醇+有机物催渗剂的气/液复合渗碳的方法，易普森可控气氛多用炉中用于控制氨气的管路为手动，同时，将甲醇及有机物催渗剂液体管路连通原氨气的自动控制点，实现甲醇及有机物催渗剂自动控制，且在原丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兵，刘克，朱旭，王倩，袁伍丰，左经纬，
申请(专利权)人：江麓机电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：