汽车变速箱齿轮热处理方法
汽车变速箱齿轮热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种将渗碳技术和碳氮共渗技术有效结合的汽车变速箱齿轮热处理方法，属于热处理技术领域。
【背景技术】
[0002]汽车变速箱齿轮是汽车传动系统中技术要求最高的零部件之一，齿轮在运转过程中，相互啮合的齿面之间既有滚动又有滑动，同时齿轮还受脉冲应力和交变弯曲应力的作用，因此要求齿轮需经过热处理以具有良好的硬度、耐磨性、抗疲劳性能，高尺寸精度，运转中的低噪音性能。
[0003]目前，汽车变速箱齿轮表面强化最主要的热处理方法为渗碳淬火。现有的变速箱齿轮渗碳淬火方法为:进渗碳炉升温渗碳，出炉后冷却，再进回火炉高温回火，出炉冷却，再重新加热淬火，清洗，再进回火炉低温回火，出炉冷却。该方法的渗碳温度通常采用930±5°C，渗碳的强渗碳势CP通常采用1.20±0.03C%，扩散碳势CP通常采用
0.85±0.03C%，以期获得快的渗碳速度和高质量的渗碳表层。
[0004]但该方法存在有如下不足:
1、由于渗碳碳势较高，渗碳表层中奥氏体碳含量过高，在降温保温过程中易从奥氏体中析出大块状碳化物，在淬火冷却过程中碳化物易沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物，易引起齿轮表面早期开裂；
2、齿轮的高温加热、冷却次数为两次，叠加了渗碳变形和淬火变形，因而齿轮的变形较大；
3、渗碳后出炉冷却，极易引起表面氧化、脱碳，淬火后表面组织中存在黑色组织，降低了齿轮的抗疲劳性能，缩短了使用寿命；
4、热处理生产周期长，生产效率低，能耗大。
[0005]为了解决上述技术问题，有必要开发一种新的汽车变速箱齿轮的热处理方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种将渗碳技术和碳氮共渗技术有效结合的汽车变速箱齿轮热处理方法。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
汽车变速箱齿轮热处理方法，包括如下步骤:
SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至925±5°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，控制碳势CP为指定值，并持续指定渗碳时间；
S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850±5°C，向所述渗碳炉内通入指定体积分数的气体渗氮剂进行第一时间的碳氮共渗；
S3,淬火步骤:将经过碳氮共渗的汽车变速箱齿轮在850±5°C出炉，并置入65-95°C的热油进行淬火； S4，清洗步骤:用50-60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180-220°C进行低温回火，保温2-3小时；
S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。
[0008]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙醋的任意一种或任意多种的组合。
[0009]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷。
[0010]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述渗碳时间= (δ /K)2，示中δ为渗层深度(_)，K为渗碳温度系数。
[0011]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述SI步骤包括Sll高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段，
在所述Sll高碳势强渗阶段中，所述碳势CP为1.10±0.03C%，所述指定渗碳时间为
3-4小时；
在所述S12低碳势扩散阶段中，所述碳势CP为0.75±0.03C%，所述指定渗碳时间为
4-5小时。
[0012]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述S2碳氮共渗步骤中，所述的气体渗氮剂为氨气，所述的指定体积分数为2%-12%，所述的第一时间为1-2小时。
[0013]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述的指定体积分数为3%。
[0014]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢。
[0015]本发明技术方案的优点主要体现在:
1、渗碳步骤中的渗碳碳势及温度低于现有技术中的碳势，相对缓解了高碳势情况下，出现大块状的碳化物的问题；以及在冷却过程中，由于奥氏体的碳固溶量随温度的降低而减小，碳的过饱和度升高，过量的碳会沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物的问题，最大程度的避免了齿轮表面早期开裂；
2、由于碳氮共渗温度较低，晶粒长大倾向小，淬火后得到含氮马氏体及氮化物的强度、耐磨性较单独渗碳得到的渗碳层要高的多，因此在零件渗碳之后再作碳氮共渗处理，在齿轮表面渗碳层上又获得一层硬度更高的碳氮共渗层，进一步提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，产品的综合性能良好；
3、本方法减少了渗碳后的出炉环节，避免了高温状态下的齿轮与空气接触出现氧化、脱碳的问题，减少了齿轮淬火后表面组织中的黑色组织(一般为非马氏体组织，屈氏体，氧化物)的产生，提高了齿轮的抗疲劳性能；
4、合理简化工艺流程，同时由于碳氮共渗的温度相对渗碳温度低，相对减少了齿轮的变形量；进一步，由于减少了齿轮加热、空冷次数，更进一步减少了齿轮变形量；
5、生产周期短，按照现有的渗碳技术需要耗时15-21h，采用本方法后，用时仅为ll-15h，节省工时1/3以上，生产效率高；同时，整个热处理过程中的温度、碳势等低于现有技术水平，再加上省去了部分耗能环节，较大幅降低了热处理能耗。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的过程示意图；
图2是【背景技术】过程示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
[0018]本发明揭示的一种汽车变速箱齿轮热处理方法，由于汽车变速箱齿轮体积较大，一般通过如附图2所示的单一渗碳淬火工艺进行热处理，从而使齿轮表面形成较深的渗碳层，以提高齿轮的耐磨性、抗疲劳性等，但是由于上述工艺过程存在的缺陷，申请人通过长期实验和研宄，得到一种能够将渗碳工艺和碳氮共渗工艺完美结合、相互支持，简化工艺流程且具有更优处理效果的热处理方法，如附图1所示，其包括如下步骤:
SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至930°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳 气氛，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或任意多种的组合，本实施例中优选为为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷；持续指定渗碳时间进行渗碳，所述渗碳时间(δ/Κ)2，示中δ为渗层深度(mm)，K为渗碳温度系数；具体的，所述SI渗碳步骤包括:S11高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段。
[0019]由于只要在淬火前的任一时刻，产品表面的碳浓度超过在当前温度下的奥氏体饱和碳溶解度，就会出现碳化物的析出现象，因此现有技术中，由于渗碳阶段中的强渗和扩散碳势较高，加速了产品表面碳浓度达到饱和状态，也就导致在随后的保温冷却及淬火冷却过程中易析出大块状、网状碳化物；因此本发明中将现有技术中的强渗、扩散碳势调低，具体为:
在Sll高碳势强渗阶段，所述碳势CP为1.10C%，碳所述指定渗碳时间为3-4小时，优选为4小时；
在S12低碳势扩散阶段，所述碳势CP为0.75C%，所述指定渗碳时间为4-5小时，优选为5小时。
[0020]通过上述碳势的调整可以有效的减少大块状、网状碳化物的出现。
[0021]S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850°C，向所述渗碳炉内通入体积分数为2%-12%，优选为3%的氨气进行1-2小时的碳氮共渗，优选为2小时。经碳氮共渗后，形成碳氮共渗层，所述碳氮共渗层由表及里分别为:Fe2?3(N，C)或(Fe，M)2?3(N，C)为主的化合物层；有Fe2?3(N，C)和Fe4N弥散析出的主扩散层；增氮铁素体a (N)的过渡层。
[0022]S3,淬火步骤:由于碳氮共渗的温度低于渗碳温度，因此可以直接淬火；在冷却过程中，由于奥氏体的碳固溶量随温度的降低而减小，碳的过饱和度升高，过量的碳会沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物的问题，为了得到细薄的网状碳化物，或者甚至完全抑止网状碳化物的产生，形变终止温度不应高于900°C，最好在850°C左右，在该温度时所得到的奥氏体晶粒比较细小，在随后冷却过程中，即使有网状碳化物析出，也将是细薄的，这种细薄的网状碳化物，在以后热处理过程中比较容易通过球化加以消除，因此在经过碳氮共渗后，可以将汽车变速箱齿轮在850°C出炉，并置入95°C的热油进行淬火；
S4，清洗步骤:用60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；
S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180°C进行低温回火，保温2-3小时，优选为3小时；经过低温回火步骤后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。
[0023]S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。
[0024]本实施例中所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢，优选用20CrMnTi，本实施例因齿轮体积大，故主要参数取高值，根据本方法处理得到的产品，经测试，能够获得1.1-1.5mm渗碳层厚度和氮化层厚度，本发明通过渗碳和碳氮共渗复合热处理之后，其表面硬度HRC ^ 61，远比单一渗碳的表面硬度高，从而实现提高齿轮的耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。另外，本发明对齿轮加热次数少，有效降低了齿轮的变形量，大大减少了能源消耗，达到节能减排的目的，并且提高工效近一倍。
[0025]本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:包括如下步骤: SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至925±5°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，控制碳势CP为指定值，并持续指定渗碳时间； S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850±5°C，向所述渗碳炉内通入指定体积分数的气体渗氮剂进行第一时间的碳氮共渗； S3,淬火步骤:将经过碳氮共渗的汽车变速箱齿轮在850±5°C出炉，并置入65-95°C的热油进行淬火； S4，清洗步骤:用50-60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180-220°C进行低温回火，保温2-3小时； S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。2.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或任意多种的组合。3.根据权利要求2所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷。4.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述渗碳时间t惨m= (δ/Κ)2，示中δ为渗层深度(mm)，K为渗碳温度系数。5.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述SI步骤包括Sll高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段， 在所述Sll高碳势强渗阶段中，所述碳势CP为1.10±0.03C%，所述指定渗碳时间为3-4小时； 在所述S12低碳势扩散阶段中，所述碳势CP为0.75±0.03C%，所述指定渗碳时间为4-5小时。6.根据权利要求1-5任一所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述S2碳氮共渗步骤中，所述的气体渗氮剂为氨气，所述的指定体积分数为2%-12%，所述的第一时间为1-2小时。7.根据权利要求6所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述的指定体积分数为3%。8.根据权利要求7所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢。
【专利摘要】本发明揭示了一种汽车变速箱齿轮热处理方法，包括渗碳步骤、碳氮共渗步骤、淬火步骤、清洗步骤、低温回火步骤、空冷步骤；本发明将渗碳技术与碳氮共渗技术相结合，通过在齿轮表面渗碳层上又获得一层硬度极高的氮化层，提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，产品的综合性能良好；同时，避免高碳势状态下出现块状碳化物以及冷却过程中出现网状碳化物的问题，避免了齿轮表面的早期开裂；再次，本方法简化了工艺流程，减少了加热冷却环节及出炉环节，减少了渗碳变形和淬火变形，也减少了黑色组织的产生，保证了抗疲劳性能；最后通过本方法大大缩短了生产周期，降低了能耗，大大提高了生产效率。
【IPC分类】C21D1/18, C23C8/20, C23C8/30, C23F17/00
【公开号】CN104894506
【申请号】CN201510352859
【发明人】刘聪敏, 魏佳顺, 王晓华
【申请人】南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月24日...
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种将渗碳技术和碳氮共渗技术有效结合的汽车变速箱齿轮热处理方法，属于热处理技术领域。
【背景技术】
[0002]汽车变速箱齿轮是汽车传动系统中技术要求最高的零部件之一，齿轮在运转过程中，相互啮合的齿面之间既有滚动又有滑动，同时齿轮还受脉冲应力和交变弯曲应力的作用，因此要求齿轮需经过热处理以具有良好的硬度、耐磨性、抗疲劳性能，高尺寸精度，运转中的低噪音性能。
[0003]目前，汽车变速箱齿轮表面强化最主要的热处理方法为渗碳淬火。现有的变速箱齿轮渗碳淬火方法为:进渗碳炉升温渗碳，出炉后冷却，再进回火炉高温回火，出炉冷却，再重新加热淬火，清洗，再进回火炉低温回火，出炉冷却。该方法的渗碳温度通常采用930±5°C，渗碳的强渗碳势CP通常采用1.20±0.03C%，扩散碳势CP通常采用
0.85±0.03C%，以期获得快的渗碳速度和高质量的渗碳表层。
[0004]但该方法存在有如下不足:
1、由于渗碳碳势较高，渗碳表层中奥氏体碳含量过高，在降温保温过程中易从奥氏体中析出大块状碳化物，在淬火冷却过程中碳化物易沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物，易引起齿轮表面早期开裂；
2、齿轮的高温加热、冷却次数为两次，叠加了渗碳变形和淬火变形，因而齿轮的变形较大；
3、渗碳后出炉冷却，极易引起表面氧化、脱碳，淬火后表面组织中存在黑色组织，降低了齿轮的抗疲劳性能，缩短了使用寿命；
4、热处理生产周期长，生产效率低，能耗大。
[0005]为了解决上述技术问题，有必要开发一种新的汽车变速箱齿轮的热处理方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种将渗碳技术和碳氮共渗技术有效结合的汽车变速箱齿轮热处理方法。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
汽车变速箱齿轮热处理方法，包括如下步骤:
SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至925±5°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，控制碳势CP为指定值，并持续指定渗碳时间；
S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850±5°C，向所述渗碳炉内通入指定体积分数的气体渗氮剂进行第一时间的碳氮共渗；
S3,淬火步骤:将经过碳氮共渗的汽车变速箱齿轮在850±5°C出炉，并置入65-95°C的热油进行淬火； S4，清洗步骤:用50-60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180-220°C进行低温回火，保温2-3小时；
S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。
[0008]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙醋的任意一种或任意多种的组合。
[0009]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷。
[0010]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述渗碳时间= (δ /K)2，示中δ为渗层深度(_)，K为渗碳温度系数。
[0011]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述SI步骤包括Sll高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段，
在所述Sll高碳势强渗阶段中，所述碳势CP为1.10±0.03C%，所述指定渗碳时间为
3-4小时；
在所述S12低碳势扩散阶段中，所述碳势CP为0.75±0.03C%，所述指定渗碳时间为
4-5小时。
[0012]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:在所述S2碳氮共渗步骤中，所述的气体渗氮剂为氨气，所述的指定体积分数为2%-12%，所述的第一时间为1-2小时。
[0013]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述的指定体积分数为3%。
[0014]优选的，所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其中:所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢。
[0015]本发明技术方案的优点主要体现在:
1、渗碳步骤中的渗碳碳势及温度低于现有技术中的碳势，相对缓解了高碳势情况下，出现大块状的碳化物的问题；以及在冷却过程中，由于奥氏体的碳固溶量随温度的降低而减小，碳的过饱和度升高，过量的碳会沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物的问题，最大程度的避免了齿轮表面早期开裂；
2、由于碳氮共渗温度较低，晶粒长大倾向小，淬火后得到含氮马氏体及氮化物的强度、耐磨性较单独渗碳得到的渗碳层要高的多，因此在零件渗碳之后再作碳氮共渗处理，在齿轮表面渗碳层上又获得一层硬度更高的碳氮共渗层，进一步提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，产品的综合性能良好；
3、本方法减少了渗碳后的出炉环节，避免了高温状态下的齿轮与空气接触出现氧化、脱碳的问题，减少了齿轮淬火后表面组织中的黑色组织(一般为非马氏体组织，屈氏体，氧化物)的产生，提高了齿轮的抗疲劳性能；
4、合理简化工艺流程，同时由于碳氮共渗的温度相对渗碳温度低，相对减少了齿轮的变形量；进一步，由于减少了齿轮加热、空冷次数，更进一步减少了齿轮变形量；
5、生产周期短，按照现有的渗碳技术需要耗时15-21h，采用本方法后，用时仅为ll-15h，节省工时1/3以上，生产效率高；同时，整个热处理过程中的温度、碳势等低于现有技术水平，再加上省去了部分耗能环节，较大幅降低了热处理能耗。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的过程示意图；
图2是【背景技术】过程示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
[0018]本发明揭示的一种汽车变速箱齿轮热处理方法，由于汽车变速箱齿轮体积较大，一般通过如附图2所示的单一渗碳淬火工艺进行热处理，从而使齿轮表面形成较深的渗碳层，以提高齿轮的耐磨性、抗疲劳性等，但是由于上述工艺过程存在的缺陷，申请人通过长期实验和研宄，得到一种能够将渗碳工艺和碳氮共渗工艺完美结合、相互支持，简化工艺流程且具有更优处理效果的热处理方法，如附图1所示，其包括如下步骤:
SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至930°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳 气氛，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或任意多种的组合，本实施例中优选为为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷；持续指定渗碳时间进行渗碳，所述渗碳时间(δ/Κ)2，示中δ为渗层深度(mm)，K为渗碳温度系数；具体的，所述SI渗碳步骤包括:S11高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段。
[0019]由于只要在淬火前的任一时刻，产品表面的碳浓度超过在当前温度下的奥氏体饱和碳溶解度，就会出现碳化物的析出现象，因此现有技术中，由于渗碳阶段中的强渗和扩散碳势较高，加速了产品表面碳浓度达到饱和状态，也就导致在随后的保温冷却及淬火冷却过程中易析出大块状、网状碳化物；因此本发明中将现有技术中的强渗、扩散碳势调低，具体为:
在Sll高碳势强渗阶段，所述碳势CP为1.10C%，碳所述指定渗碳时间为3-4小时，优选为4小时；
在S12低碳势扩散阶段，所述碳势CP为0.75C%，所述指定渗碳时间为4-5小时，优选为5小时。
[0020]通过上述碳势的调整可以有效的减少大块状、网状碳化物的出现。
[0021]S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850°C，向所述渗碳炉内通入体积分数为2%-12%，优选为3%的氨气进行1-2小时的碳氮共渗，优选为2小时。经碳氮共渗后，形成碳氮共渗层，所述碳氮共渗层由表及里分别为:Fe2?3(N，C)或(Fe，M)2?3(N，C)为主的化合物层；有Fe2?3(N，C)和Fe4N弥散析出的主扩散层；增氮铁素体a (N)的过渡层。
[0022]S3,淬火步骤:由于碳氮共渗的温度低于渗碳温度，因此可以直接淬火；在冷却过程中，由于奥氏体的碳固溶量随温度的降低而减小，碳的过饱和度升高，过量的碳会沿奥氏体晶界析出形成网状碳化物的问题，为了得到细薄的网状碳化物，或者甚至完全抑止网状碳化物的产生，形变终止温度不应高于900°C，最好在850°C左右，在该温度时所得到的奥氏体晶粒比较细小，在随后冷却过程中，即使有网状碳化物析出，也将是细薄的，这种细薄的网状碳化物，在以后热处理过程中比较容易通过球化加以消除，因此在经过碳氮共渗后，可以将汽车变速箱齿轮在850°C出炉，并置入95°C的热油进行淬火；
S4，清洗步骤:用60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；
S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180°C进行低温回火，保温2-3小时，优选为3小时；经过低温回火步骤后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。
[0023]S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。
[0024]本实施例中所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢，优选用20CrMnTi，本实施例因齿轮体积大，故主要参数取高值，根据本方法处理得到的产品，经测试，能够获得1.1-1.5mm渗碳层厚度和氮化层厚度，本发明通过渗碳和碳氮共渗复合热处理之后，其表面硬度HRC ^ 61，远比单一渗碳的表面硬度高，从而实现提高齿轮的耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。另外，本发明对齿轮加热次数少，有效降低了齿轮的变形量，大大减少了能源消耗，达到节能减排的目的，并且提高工效近一倍。
[0025]本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:包括如下步骤: SI，渗碳步骤:将汽车变速箱齿轮置入渗碳炉中，升温至925±5°C，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，控制碳势CP为指定值，并持续指定渗碳时间； S2，碳氮共渗步骤:将经过渗碳的汽车变速箱齿轮冷却至850±5°C，向所述渗碳炉内通入指定体积分数的气体渗氮剂进行第一时间的碳氮共渗； S3,淬火步骤:将经过碳氮共渗的汽车变速箱齿轮在850±5°C出炉，并置入65-95°C的热油进行淬火； S4，清洗步骤:用50-60°C的清洗液清洗去除经过油淬的汽车变速箱齿轮表面的油渍；S5，低温回火步骤:将清洗后的汽车变速箱齿轮在180-220°C进行低温回火，保温2-3小时； S6，空冷步骤:将低温回火后的汽车变速箱齿轮出炉空冷，得到产品。2.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇、乙烷、丙烷、乙醇、丙醇、醋酸乙酯的任意一种或任意多种的组合。3.根据权利要求2所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述SI步骤中，所述渗碳剂为甲醇和丙烷，所述渗碳气氛中的载气为氮气和甲醇，两者的比例为1.1:1，所述甲醇的加入量为3.8升/小时，所述渗碳气氛中的富化气为丙烷。4.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述渗碳时间t惨m= (δ/Κ)2，示中δ为渗层深度(mm)，K为渗碳温度系数。5.根据权利要求1所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述SI步骤包括Sll高碳势强渗阶段及S12低碳势扩散阶段， 在所述Sll高碳势强渗阶段中，所述碳势CP为1.10±0.03C%，所述指定渗碳时间为3-4小时； 在所述S12低碳势扩散阶段中，所述碳势CP为0.75±0.03C%，所述指定渗碳时间为4-5小时。6.根据权利要求1-5任一所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:在所述S2碳氮共渗步骤中，所述的气体渗氮剂为氨气，所述的指定体积分数为2%-12%，所述的第一时间为1-2小时。7.根据权利要求6所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述的指定体积分数为3%。8.根据权利要求7所述的汽车变速箱齿轮热处理方法，其特征在于:所述汽车变速箱齿轮材质为低碳钢。
【专利摘要】本发明揭示了一种汽车变速箱齿轮热处理方法，包括渗碳步骤、碳氮共渗步骤、淬火步骤、清洗步骤、低温回火步骤、空冷步骤；本发明将渗碳技术与碳氮共渗技术相结合，通过在齿轮表面渗碳层上又获得一层硬度极高的氮化层，提高其耐磨性、疲劳强度和抗蚀性能，产品的综合性能良好；同时，避免高碳势状态下出现块状碳化物以及冷却过程中出现网状碳化物的问题，避免了齿轮表面的早期开裂；再次，本方法简化了工艺流程，减少了加热冷却环节及出炉环节，减少了渗碳变形和淬火变形，也减少了黑色组织的产生，保证了抗疲劳性能；最后通过本方法大大缩短了生产周期，降低了能耗，大大提高了生产效率。
【IPC分类】C21D1/18, C23C8/20, C23C8/30, C23F17/00
【公开号】CN104894506
【申请号】CN201510352859
【发明人】刘聪敏, 魏佳顺, 王晓华
【申请人】南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月24日...
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