一种真空炉渗碳淬火热处理方法与流程
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种真空炉渗碳淬火热处理方法。
背景技术：
齿轮是传动机械中的重要零件，要求具有耐磨、抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能。目前齿轮热处理多采用渗碳淬火工艺，但由于渗碳温度和淬火温度较高，齿轮零件变形较大，对于合金钢材质齿轮件，淬透性较高，心部硬度超过300hv5。采用传统的多用炉或网带炉碳氮共渗工艺，降低淬火温度至760℃，选用冷速较慢淬火油，合金钢齿轮心部硬度仍高于300hv5，且表面硬度低于要求值，达不到生产要求。传统的小齿轮件渗碳淬火工装，零件之间采用垫片隔开，垫片与零件接触面积较大，导致淬火后零件表面软点较多。因此，设计一种合理的齿轮热处理方法，解决合金钢齿轮变形量较大和心部硬度较高的问题，适用于批量生产。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种真空炉渗碳淬火热处理方法，保证零件表面的硬度，从而提高零件的耐磨性，使零件的有效硬化层更深，提高零件的心部韧性，使零件的综合力学性能良好。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种真空炉渗碳淬火热处理方法，包括以下步骤：
1)将零件进行去应力退火处理；
2)对零件进行振动光饰；
3)将零件装夹于热处理工装上，将零件放入电阻炉中加温至350℃～400℃，并在此温度下哄油2-3小时；
4)将零件从电阻炉中取出，通过热处理工装将零件呈多层分布，错开摆放置真空炉中，依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理；
5)将零件转入至电阻炉中，在电阻炉中对零件进行低温回火，回火温度为160℃～180℃，然后保温2～3小时；
6)再次对零件进行振动光饰。
按照上述技术方案，所述的步骤1)中，去应力退火处理包括以下步骤：将零件在电阻炉内加温至550℃-650℃，然后将零件保温1～3小时，再将零件随炉冷至500℃后出电阻炉冷却。
按照上述技术方案，所述的步骤4)中，所述的预热处理包括以下过程：将零件放入真空炉后，对零件以10～30℃/min速度加热至640℃～650℃，然后对零件保温40～50min。
按照上述技术方案，所述的步骤4)中，渗碳处理包括以下过程：在真空炉内对零件以5～15℃/min速度加热至910℃-930℃，然后对零件保温20～40min后，通入渗碳气氛50～70min进行渗碳；
所述的碳氮共渗处理包括以下过程：在真空炉内将渗碳处理后的零件冷却至850℃～880℃，通入渗氮气氛50～70min进行碳氮共渗。
按照上述技术方案，所述的渗碳气氛包括乙炔(c2h2)和氨气(n2)，乙炔(c2h2)和氨气(n2)的比例为1:1，所述的渗氮气氛包括氨气(nh3)和氮气(n2)，氨气(nh3)和氮气(n2)的比例为1:1。
按照上述技术方案，所述的步骤4)中，淬火处理包括以下过程：在真空炉内将碳氮共渗处理后的零件降温至700℃～740℃，然后保温40～60min后，入油淬火。
按照上述技术方案，淬火油为真空淬火油，淬火油的温度控制在50℃-60℃。
按照上述技术方案，所述的步骤2)和步骤4)中，所述的振动光饰的过程包括以下步骤：
a.将零件放入光饰机中；
b.将8mm×8mm电刚玉和工业碱倒入光饰机中振动约20～40分钟；
c.将零件从光饰机中取出，用清水将零件表面的污渍和碱冲洗干净；
d.将零件侵入防锈油中，再取出。
按照上述技术方案，步骤4)中，专用热处理工装为真空炉渗碳淬火热处理工装，包括底座和多个立杆，多个立杆成阵列分布于底座上，横向相邻立杆之间连接有多个横梁，多个横梁呈多层分布，每层相邻横梁之间沿横梁的长度方向分布有多个挂料杆，挂料杆的两端分别放置于相邻横梁上；
挂料杆的截面为十字形，挂料杆上沿长度方向等间距分布有多个凸台。
按照上述技术方案，底座上分布有多个方形孔，底座为耐热钢铸造的底座。
按照上述技术方案，凸台包括上凸台和下凸台，上凸台设置于挂料杆的上方，下凸台设置于挂料杆的下方，下凸台比上凸台长。
按照上述技术方案，横梁的上端沿长度方向均匀分布有多个凹槽。
按照上述技术方案，凹槽为方形凹槽。
按照上述技术方案，横梁的侧端面上设有多个流通槽。
按照上述技术方案，流通槽为矩形槽。
按照上述技术方案，纵向相邻立杆之间连接有横梁。
按照上述技术方案，相邻两层之间的挂料杆上的凸台错开分布。
本发明具有以下有益效果：
1.本方法对零件依次进行渗碳处理、碳氮共渗处理和淬火处理，将渗碳工艺和碳氮共渗工艺相结合，保证零件表面的硬度，可将零件的表层硬度提高至hrc58～62，从而提高零件的耐磨性，使零件的有效硬化层更深，零件的硬化层可深至0.4～0.8mm，提高零件的心部韧性，可使零件的心部硬度小于等于300hv5，使零件的综合力学性能良好，零件呈空间多层分布，有效利用了空间，增加了装夹数量，节约成本，将零件分隔开，保证零件之间的间隙，减少挂具与零件接触面积，避免淬火硬度软点，提高了淬火质量，生产的零件质量稳定，适合批量生产。
2.本方法结合真空炉渗碳淬火热处理工装，保证零件变形量小，通过真空炉渗碳淬火热处理工装将零件直接置于挂料杆两凸台之间，结构简单，方便装夹，提高了生产效率，挂料杆多层分布，使零件呈空间多层分布，有效利用了空间，增加了装夹数量，节约成本，适用于批量生产，十字形挂料杆挂装零件，避免零件在淬火过程中因受力不均而变形，挂料杆上等间距分布的凸台将零件分隔开，保证零件之间的间隙，减少挂具与零件接触面积，避免淬火硬度软点，提高了淬火质量，生产的零件质量稳定，适合批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例中真空炉渗碳淬火热处理方法的流程图；
图2是本发明实施例中真空炉渗碳淬火热处理工装的主视图；
图3是图2的a-a剖视图；
图4是本发明实施例中偏心齿轮的截面图；
图5是本发明实施例中挂料横梁的结构示意图；
图6是本发明实施例中固定横梁的结构示意图；
图7是本发明实施例中挂料杆的结构示意图；
图8是图7的左视图；
图9是本发明实施例中底部的俯视图；
图中，1-底座，2-立杆，3-横梁，4-挂料杆，5-零件，6-方形凹槽，7-矩形槽，8-凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1所示，本发明提供的一种实施例中真空炉渗碳淬火热处理方法，包括以下步骤：
1)将零件进行去应力退火处理；
2)对零件进行振动光饰；
3)将零件装夹于专用工装上，将零件放入台车式电阻炉中加温至350℃～400℃，并在此温度下哄油2-3小时；防止污染加热系统的瓷绝缘体，造成短路故障；
4)将零件从电阻炉中取出，通过专用热处理工装将零件呈多层分布，错开摆放置真空炉中，依次进行预热处理、渗碳处理、碳氮共渗和淬火处理；
5)将淬火后的零件通过周转箱转入至台车式电阻炉中，在台车式电阻炉中对零件进行低温回火，回火温度为160℃～180℃，然后保温2～3小时；可以消除淬火应力，均匀淬火组织；
6)再次对零件进行振动光饰；
7)光饰合格零件过防锈油防锈，转入下道工序。
进一步地，所述的周转箱的材质为金属。
进一步地，所述的零件为齿轮或偏心齿轮。
进一步地，所述的步骤1)中，去应力退火处理包括以下步骤：将零件在电阻炉内加温至550℃-650℃，然后将零件保温2小时，再将零件随炉冷至500℃后出电阻炉冷却。
进一步地，消除加工应力，减小偏心齿轮热处理变形，退火设备为台车式电阻炉。
进一步地，所述的步骤4)中，所述的预热处理包括以下过程：将零件放入真空炉后，对零件以20℃/min速度加热至640℃～650℃，然后对零件保温40～50min。
进一步地，所述的步骤4)中，渗碳处理包括以下过程：在真空炉内对零件以10℃/min速度加热至910℃-930℃，然后对零件保温30min后，通入渗碳气氛60min进行渗碳；
所述的碳氮共渗处理包括以下过程：在真空炉内将渗碳处理后的零件冷却至850℃～880℃，通入渗氮气氛60min进行碳氮共渗。
进一步地，所述的渗碳气氛包括乙炔(c2h2)和氨气(n2)，乙炔(c2h2)和氨气(n2)的比例为1:1；通过气体流量计控制气氛，所述的渗氮气氛包括氨气(nh3)和氮气(n2)，氨气(nh3)和氮气(n2)的比例为1:1，通过气体流量计控制气氛。
进一步地，所述的步骤4)中，在真空炉内淬火处理包括以下过程：将碳氮共渗处理后的零件降温至700℃～740℃，然后保温40～60min后，入油淬火。
进一步地，淬火油为1#真空淬火油，淬火油的温度控制在50℃-60℃。
进一步地，所述的步骤2)和步骤4)中，所述的振动光饰的过程包括以下步骤：
a.将零件放入光饰机中；
b.将8mm×8mm电刚玉和工业碱倒入光饰机中振动约30分钟；
c.将零件从光饰机中取出，用清水将零件表面的污渍和碱冲洗干净；以去除氧化皮、锈迹、油污和含硫润滑剂等有害污物；
d.将零件侵入防锈油中，再取出；也可以换种说法，将零件过防锈油以便于防锈。
进一步地，步骤4)中，如图2～图9所示，专用热处理工装为真空炉渗碳淬火热处理工装，包括底座1和多个立杆2，多个立杆2成阵列分布于底座1上，横向相邻立杆2之间连接有多个横梁3，多个横梁3呈多层分布，每层相邻横梁3之间沿横梁3的长度方向分布有多个挂料杆4，挂料杆4的两端分别放置于相邻横梁3上；
挂料杆4的截面为十字形，挂料杆4上沿长度方向等间距分布有多个凸台8。
进一步地，底座1上分布有多个镂空的透气孔，镂空透气孔为方形孔，节省材料，且保证渗碳时气氛的流通性，底座1为耐热钢铸造的底座1。
进一步地，凸台8包括上凸台和下凸台，上凸台设置于挂料杆4的上方，下凸台设置于挂料杆4的下方，下凸台比上凸台长，复合异形孔结构。
进一步地，横梁3的上端沿长度方向均匀分布有多个凹槽；凹槽用于放置挂料杆4，防止滑动；
进一步地，凹槽为方形凹槽6。
进一步地，横梁3的侧端面上设有多个流通槽；流通槽可以保证气氛及淬火油的流通性。
进一步地，流通槽为矩形槽7。
进一步地，纵向相邻立杆2之间连接有横梁3，横梁3分为挂料横梁和固定横梁，挂料横梁为横向分布，用于支撑挂料杆4，挂料横梁上端设有方形凹槽6，侧端面上分布有多个流通槽，固定横梁为纵向分布，用于加固纵向相邻立杆2之间的强度，固定横梁上分布有多个流通槽，固定横梁上端无需设有方向凹槽。
进一步地，横梁3上设计有等间距矩形凹槽放置挂料杆4，防止挂料杆4滑动，同时增加了零件在入炉、出炉及入油淬火时的稳定性；相邻两层之间的挂料杆4上的凸台8错开分布，使上下相邻层零件摆放采用错开交叉放置方式，避免上下层零件叠压增加变形量，同时有效的利用空间，增加装炉量，节约成本。
进一步地，相邻两层之间的挂料杆4上的凸台8错开分布，使相邻两层零件错开交叉放置，避免上下相邻层零件叠压，有效利用空间。
进一步地，其中底座1上设有镂空的透气孔，保证气氛的通畅及均匀性；料梁设计有等间距的矩形凹槽，挂料杆4两端置于矩形凹槽内，防止滑动；挂料杆4设计为十字形，可减轻挂料杆4重量；挂料杆4上的等间距凸起可有效的将渗碳工件隔开，保证零件渗碳的均匀性，相比较传统的用垫片间隔零件，挂具与零件接触面积减少，有效的控制因工装接触产生的表面硬度软点，且操作简单，便于装夹，工作效率高；零件的摆放方式为上下层错开交叉放置，避免上下层零件之间叠压在一起，减小热处理变形量，同时有效的利用工装空间，装夹数量增加。
本实施例偏心齿轮是农机变速箱中的零件，起到传动作用，材料为渗碳钢sncm220，料厚有4mm和6mm两种，内孔尺寸
本实施例中需要淬火的零件为偏心齿轮，带孔偏心齿轮零件，材质为sncm220或其他渗碳钢，外径
如图2～图9所示，一种真空炉用渗碳或碳氮共渗热处理工装示意图，本实施例为一种带孔小齿轮精冲件；本发明所涉及的热处理工装包括底座1、立杆2、横梁3、挂料杆4；底座1设计有方形孔，由耐热钢铸造而成，节省材料，且保证渗碳时气氛的流通性，如图9所示；立杆2和横梁3采用q345材料，焊接在底座1周边和相邻立杆2间，零件5从内孔挂装在挂料杆4上，挂料杆4设计为十字形，节省材料，并在十字方向上设计有等间距凸台8，保证零件之间间隙，本实施例齿轮为偏心齿轮，凸台8设计为上短下长，复合异形孔结构，如图7～图8所示；穿好零件的挂料杆4平放在横梁3上，上下层零件错开交叉放置，避免上下层零件叠压，有效利用空间；挂料方向横梁设计有等间距方形凹槽6，用于放置挂料杆4，防止滑动，矩形槽7可以保证气氛及淬火油的流通性，如图5所示；垂直挂料方向横梁无需设计方形凹槽6，用于固定立杆2，稳固工装，如图6所示。
本发明具体的实施方案和工作流程如下：
1.内孔将需要淬火的零件挂入十字形挂料杆4上，零件置于两凸台8之间，保证相邻零件之间的间隙，本实施例中每根挂料杆4装夹20片零件；
2.将装夹好零件的挂料杆4水平放置于带矩形槽7的横梁上，同层零件等间距放置，上下层零件错开交叉放置，如下图1～图2所示，本实施例中每炉装炉量为1000-1200件零件。
综上所述，传统的齿轮碳氮共渗淬火工艺，若要保证合金渗碳钢热处理后心部硬度≤300hv5，在较低的温度740℃下淬火，表面硬度达不到hrc58-62要求，本发明所述热处理方法，既保证了表面较高硬度hrc58-62，并且将心部硬度控制在300hv5以内，生产的齿轮表面硬度高、耐磨性好，心部韧性较好，综合力学性能良好；本发明所述的热处理方法，先渗碳再进行碳氮共渗，由于碳氮共渗温度较渗碳温度低，减小了偏心齿轮热处理变形量，同时碳氮共渗后形成高硬度的氮化物，有利于提高零件表面硬度；本发明所述的热处理方法，先渗碳60min，可提高偏心齿轮表层含碳量，从而提高表层淬透性，在较低的淬火温度下即可获得较高的表面硬度；采用真空炉进行热处理，真空炉密封性较好，炉内无含氧介质，可减少渗剂气体的通入量，缩短工艺时间，零件变形较小，内孔公差控制在0.04mm以内；偏心齿轮热处理装夹采用挂装方式，设计的挂料杆4与零件接触面积小，有效的控制表面硬度软点，且操作简单，便于装夹，工作效率高；零件的摆放方式为上下层错开放置，避免上下层零件之因叠压在一起，减小热处理变形量，同时有效的利用工装空间，装夹数量增加，降低生产成本。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
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