本发明涉及金属热处理的技术领域，具体涉及重载齿轮的热处理工艺。
背景技术：
重载齿轮是传递动力、传递扭矩的一种金属制品，广泛用于工程机械、煤矿机械。
一般情况下，重载齿轮需要增加其表面的含碳量以增加零件的结构强度及表面硬度，而重载齿轮采用传统的热处理方法时，其表面残留奥氏体过高、表面硬度过低，会降低零件的使用寿命，且后续磨削加工中重载齿轮极易产生磨削裂纹。
技术实现要素：
鉴于背景技术的不足，本发明提供了可提高重载齿轮在热处理后的强度、降低热处理耗材、节约能源、减少零件内部氧化倾向的重载齿轮的热处理工艺。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：
重载齿轮的热处理工艺，工艺步骤如下：
s1、装炉：将齿轮清洗干净，然后在齿轮上涂刷防渗保护剂，接着把齿轮放入托盘，最后装入炉中加热至100℃烘干；
s2、加热：将炉进行升温，使炉内温度在20-25分钟之内达到800℃±5℃，然后使齿轮在800℃±5℃温度下加热60分钟；
s3、渗碳：朝炉内通入含天然气、丙烷、甲醇及空气的原料气，原料气在炉内裂解生成渗碳气氛。其中，可以通过调节空气的加入量来调节炉内气氛碳势，达到渗碳效果；
s4、球化退火：将炉加热至650℃±5℃，然后保温3小时，气氛保护。
s5、淬火：首先，将炉加热至810℃±5℃，然后保温4小时，保温结束后，取出齿轮，并将齿轮放入装有冷却油的油箱中冷却至100-120℃；
s6、低温回火：将齿轮加热至160℃±5℃，然后保温8小时，保温结束后，出炉空冷；
s7、冷冻：将齿轮放入冰箱，并调节冰箱温度使其降温至-80℃，保温2小时，保温结束后，出冰箱空冷；
s8、再次低温回火：把齿轮装入炉中，将炉升温至180℃±5℃，保温24小时，保温结束后，出炉空冷；
s9、喷丸：将齿轮放入喷丸机中进行喷丸处理，清理齿轮表面的氧化层及油污。
所述s3步骤中，渗碳分3个阶段，第一阶段为初渗碳，时间为1小时；第二阶段为强渗，时间根据渗碳层深度而定，当达到设定的渗碳层深度的80％时就进入第三阶段；第三阶段为扩散阶段，扩散阶段时间也是根据渗碳层深度而定，当达到设定的渗碳层深度的100％时，炉停止加热，开始降温。
所述s3步骤中原料气中的天然气、丙烷、甲醇的量固定，空气的量可调，并通过调节空气的加入量来调节炉内气氛碳势，达到渗碳效果。
所述s5步骤中，油箱内的冷却液各处温度均匀。
所述步骤s9中，齿轮放入喷丸机中喷丸3-5分钟。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明通过自动控制气氛碳势，将渗碳作用分三次进行，使齿轮渗碳均匀，渗速快，无内氧化，原料气消耗小；通过冷冻处理和低温回火，进一步降低和减少了残留奥氏体，提高了齿轮表面的硬度和耐磨性；通过喷丸处理，强化了齿轮表面的压应力，提高了齿轮的弯曲强度和接触疲劳强度，提高了齿轮的使用寿命。
具体实施方式
重载齿轮的热处理工艺，工艺步骤如下：
s1、装炉：将齿轮清洗干净，然后在齿轮上涂刷防渗保护剂，接着把齿轮放入托盘，最后装入炉中加热至100℃烘干；为提高处理效率，可以将多个齿轮放在若干托盘上，托盘采用等间距叠加方式放在炉中。
s2、加热：将炉进行升温，使炉内温度在20-25分钟之内达到800℃±5℃，然后使齿轮在800℃±5℃温度下加热60分钟；
s3、渗碳：朝炉内通入含天然气、丙烷、甲醇及空气的原料气，原料气在炉内裂解生成渗碳气氛。其中，可以通过调节空气的加入量来调节炉内气氛碳势，达到渗碳效果；在本实施例中，渗碳分3个阶段，第一阶段为初渗碳，时间为1小时；第二阶段为强渗，时间根据渗碳层深度而定，当达到设定的渗碳层深度的80％时就进入第三阶段；第三阶段为扩散阶段，扩散阶段时间也是根据渗碳层深度而定，当达到设定的渗碳层深度的100％时，炉停止加热，开始降温。具体的，第一阶段渗碳气氛碳势cp0.75，丙烷6-8ml，保温1小时，继续升温至920℃±5℃进入第二阶段，此时气氛碳势加强为cp1.16，丙烷6-8ml，当渗碳层深度达到设定渗碳层深度80％时，就进入第三阶段，此时气氛碳势需下降为cp0.85，丙烷6-8ml，当渗碳层深度达到设定渗碳层深度100％时，炉停止加热，待炉温低于780℃时齿轮出炉空冷。该步骤通过三阶段的变温度、变碳势渗碳时齿轮表面渗碳均匀且快速，整个渗碳过程中，气氛调节块，气氛活性好，且渗碳能力强，提高了整个炉料的渗层均匀性。
s4、球化退火：将炉加热至650℃±5℃，然后保温3小时，气氛保护。该步骤的目的是细化齿轮组织，使齿轮内部组织均匀，并为后续淬火做好组织准备。
s5、淬火：首先，将炉加热至810℃±5℃，然后保温4小时，使齿轮内部的碳能够稳定下来，保温结束后，取出齿轮，并将齿轮放入装有冷却油的油箱中冷却至100-120℃，在冷却过程中，油箱中的冷却油会吸收齿轮的热量，为加快冷却油的热量散发，增加对齿轮的冷却速度，可在油箱的底部设置4个电动机带动的搅拌器，启动搅拌器，使冷却油加速流动，并使油箱内的冷却液各处温度均匀，达到对齿轮快速冷却的效果；该步骤的效果是使齿轮的齿面硬度高，承受能力强，同时也保证了齿轮芯部的韧性。
s6、低温回火：将齿轮加热至160℃±5℃，然后保温8小时，保温结束后，出炉空冷；该步骤的作用是消除齿轮因淬火快速冷却而产生的过量残留奥氏体。
s7、冷冻：将齿轮放入冰箱，并调节冰箱温度使其降温至-80℃，保温2小时，保温结束后，出冰箱空冷；经过冷冻，将齿轮内部晶粒细化，消除表面残留奥氏体，提高齿轮表面硬度，增加齿轮的使用寿命。
s8、再次低温回火：把齿轮装入炉中，将炉升温至180℃±5℃，保温24小时，保温结束后，出炉空冷；通过冷冻和再次低温回火处理，能够进一步减少齿轮残留奥氏体，提高齿轮表面硬度和接触疲劳强度。
s9、喷丸：将齿轮放入喷丸机中进行喷丸处理，清理齿轮表面的氧化层及油污，具体的，齿轮放入喷丸机中喷丸3-5分钟。通过喷丸处理能清除齿轮表面的油污、氧化皮及机械加工残留的毛刺还通过高速运动的弹丸冲击齿轮表面，使其发生塑性变形，从而产生残余压应力，加工硬化，组织细化等变化，增加齿轮根部的压应力，提高了齿轮的弯曲强度和接触疲劳强度。
在本实施例中，所述s3步骤中原料气中的天然气、丙烷、甲醇的量固定，空气的量可调，并通过调节空气的加入量来调节炉内气氛碳势，达到渗碳效果。
为了进一步说明齿轮的冷处理效果效率及表面硬度，以下表1是齿轮冷处理效果效率及表面硬度测试表：
表1
综上表1所示的测试结果，齿轮在-80℃冷处理2小时所达到的表面硬度更大。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明通过自动控制气氛碳势，将渗碳作用分三次进行，使齿轮渗碳均匀，渗速快，无内氧化，原料气消耗小；通过冷冻处理和低温回火，进一步降低和减少了残留奥氏体，提高了齿轮表面的硬度和耐磨性；通过喷丸处理，强化了齿轮表面的压应力，提高了齿轮的弯曲强度和接触疲劳强度，提高了齿轮的使用寿命。