压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺

摘要

本发明提供了一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺方法，包括改进粗加工图的设计、正火处理、淬火处理、回火处理及稳定处理等工艺过程。本发明提供的压缩机用35CrMoV离子氮化预备热处理工艺方法，通过优化工艺参数、改进粗加工图的设计，使35CrMoV齿轮的硬度达到HB303‑341，按照美国AGMA齿轮标准，可使齿轮的许用屈服强度提高33.6％、许用弯曲应力提高10％，许用接触应力由2级提高到3级，提高10％左右，最小硬化层要求减小了16.7％。使齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，可以代替部分渗碳淬火齿轮的表面强化处理，避开了渗碳淬火齿轮的畸变问题。

权利要求

1.一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：粗加工图设计，将力学性能试圈在所述齿轮的侧面外圆缩进50-100mm切取；

正火处理，正火温度900-910℃，炉温等于或者低于500℃装炉，按不大于每小时100℃的速度升温，正火温度的保温时间按“工件厚度/40mm”小时计算，然后空冷，并要求散放；

淬火处理，淬火温度900℃，炉温等于或者低于500℃装炉，按不大于每小时100℃的速度升温，淬火保温时间按“工件厚度/40mm”小时计算；工件淬火出炉到淬入冷却介质的转移时间不超过30秒，工件厚度小于80mm的工件采用油冷，油冷温度40-80℃，工件厚度在80mm-

130mm的工件采用水基淬火液冷却后转油冷，水基淬火液冷却温度小于40℃，水基淬火液冷却的时间按工件厚度每1毫米1秒计算，工件厚度大于130mm的工件采用水冷后转油冷，水冷温度小于40℃，水冷时间按工件厚度每1.5毫米1秒计算；

回火处理，回火温度600℃±10℃，炉温350℃以下装炉，按不大于每小时70℃的速度升温，保温时间按“1.5-2倍淬火保温时间”计算，然后空冷；

稳定处理，稳定处理温度570℃，炉温300℃以下装炉，按不大于每小时70℃的速度升温，按与回火保温时间相同的时间进行保温，冷却以不高于每小时50℃的速度降温，降到

250℃出炉空冷；

所述35CrMoV离子氮化齿轮经上述预备热处理后的布氏硬度值为HB303～341，抗拉强度≥900MPa。

2.根据权利要求1所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述淬火处理中，装炉时，直径大于1000mm或者工件厚度大于130mm的工件，按每个托盘装一层工件或者两个工件的上下层间隔大于工件厚度的2倍摆放。

3.根据权利要求1所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述回火处理中，回火炉设置搅拌风扇，使炉温的均匀性保持在±10℃的范围内。

4.根据权利要求3所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述回火处理的温度根据35CrMoV离子氮化齿轮材料的化学成分、工件的有效尺寸和体积系数、及淬火装炉状况，在600℃±10℃的范围内调整。

5.根据权利要求1所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述稳定处理是在工件半精加工完成后进行。

6.根据权利要求1所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述35CrMoV离子氮化齿轮材料的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定。

7.根据权利要求1-6任一项所述的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，其特征在于：所述预备热处理工艺适用于透平离心压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮。

说明书

压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及齿轮热处理技术领域，特别涉及一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺。

背景技术

[0002] 目前，透平离心压缩机用35CrMoV齿轮的预备热处理工艺是正火、淬火、回火处理，处理后的心部性能是屈服强度≥735MPa，硬度HB269～302。为了提高齿轮的承载能力和疲劳寿命，我们2015年申请的专利，将心部性能提高到屈服强度≥833MPa，硬度HB293～341；为了进一步挖掘35CrMoV材料的潜力，适用于风机技术的发展，通过改进优化工艺参数、优化粗加工图的设计，使35CrMoV齿轮的硬度达到HB303-341，硬度值趋于上线，预处理的心部综合力学性能更加稳定，经本发明预备热处理的离子氮化齿轮，按照美国AGMA齿轮标准，可使齿轮的许用屈服强度提高33.6％、许用弯曲应力提高10％，许用接触应力由2级提高到3级，提高10％左右，最小硬化层要求减小了16.7％。使齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，可以代替部分渗碳淬火齿轮的表面强化处理，避开了渗碳淬火齿轮的畸变问题，大幅扩大了离子氮化齿轮的应用范围。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，用以挖掘35CrMoV材料的潜力、提高压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的承载能力。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，包括以下步骤：

[0005] 粗加工图的设计，将力学性能试圈在所述齿轮的侧面外圆缩进50-100mm切取；

[0006] 正火处理，正火温度900-910℃，炉温等于或者低于500℃装炉，按不大于每小时100℃的速度升温，正火温度的保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算，然后空冷，并要求散放；

[0007] 淬火处理，淬火温度900℃，炉温等于或者低于500℃装炉，按不大于每小时100℃的速度升温，淬火保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算；工件淬火出炉到淬入冷却介质的转移时间不超过30秒，有效厚度小于80mm的工件采用油冷，油冷温度40-80℃，有效厚度在80mm-130mm的工件采用水基淬火液冷却后转油冷，水基淬火液冷却温度小于40℃，水基淬火液冷却的时间按有效厚度每1毫米1秒计算，有效厚度大于130mm的工件采用水冷后转油冷，水冷温度小于40℃，水冷时间按有效厚度每1.5毫米1秒计算；

[0008] 回火处理，回火温度600℃±10℃，炉温350℃以下装炉，按不大于每小时70℃的速度升温，保温时间按“1.5-2倍淬火保温时间”计算，然后空冷；

[0009] 稳定处理，稳定处理温度570℃，炉温300℃以下装炉，按不大于每小时70℃的速度升温，按与回火保温时间相同的时间进行保温，冷却以不高于每小时50℃的速度降温，降到250℃出炉空冷。

[0010] 进一步地，所述淬火处理中，装炉时，直径大于1000mm或者有效厚度大于130mm的工件，按每个托盘装一层工件或者两个工件的上下层间隔大于工件厚度的2倍摆放。

[0011] 进一步地，所述回火处理中，回火炉设置搅拌风扇，使炉温的均匀性保持在±10℃的范围内。

[0012] 进一步地，所述回火处理的温度根据35CrMoV离子氮化齿轮材料的化学成分、工件的有效尺寸和体积系数、及淬火装炉状况，在600℃±10℃的范围内调整。

[0013] 进一步地，所述稳定处理是在工件半精加工完成后进行。

[0014] 进一步地，所述35CrMoV离子氮化齿轮预备热处理后的布氏硬度值为HB303～341，抗拉强度≥900MPa。

[0015] 进一步地，所述35CrMoV离子氮化齿轮材料的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定。

[0016] 进一步地，所述预备热处理工艺适用于透平离心压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮。

[0017] 本发明提供的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，通过优化工艺参数、改进粗加工图的设计，使35CrMoV齿轮的硬度达到HB303-341，按照美国AGMA齿轮标准，使齿轮的许用屈服强度提高33.6％、许用弯曲应力提高10％，许用接触应力由2级提高到3级，提高10％左右，最小硬化层要求减小了16.7％。使齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，可以代替部分渗碳淬火齿轮的表面强化处理，避开了渗碳淬火齿轮的畸变问题。本发明提供的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，不但可以用在离心压缩机用35CrMoV齿轮或齿环上，还可以用在其它所有应用35CrMoV材料进行离子氮化热处理的工件上。

附图说明

[0018] 图1为本发明实施例1的离子氮化齿轮力学性能试圈切取位置图；

[0019] 图2为本发明对比例1的离子氮化齿轮力学性能试圈切取位置图；

[0020] 图3为本发明实施例2的离子氮化齿轮力学性能试圈切取位置图；

[0021] 图4为本发明对比例2的离子氮化齿轮力学性能试圈切取位置图；

[0022] 图5为本发明实施例提供的预备热处理工艺处理后的齿轮的许用屈服强度提高了33.6％的AGMA标准简化图；

[0023] 图6为本发明实施例提供的预备热处理工艺处理后的齿轮的许用弯曲应力提高了10-44.9％的AGMA标准简化图；

[0024] 图7为本发明实施例提供的预备热处理工艺处理后的齿轮的许用接触应力提高一个级别的AGMA标准简化图；

[0025] 图8为本发明实施例提供的预备热处理工艺处理后的齿轮的最小硬化层深度减小16.7％的AGMA标准简化图。

具体实施方式

[0026] 本发明公开了一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，所述35CrMoV离子氮化齿轮材料的化学成分满足GB/T3077-1999标准的规定，尤其适用于透平离心压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理，该工艺包括以下步骤：

[0027] (1)粗加工图的设计，在粗加工图设计时，将力学性能试圈由在侧面顶外圆切取，改进为在侧面外圆缩进50-100mm切取，目的是进一步保证齿轮工作部位预备热处理后的强度、硬度满足设计及工矿的要求。

[0028] (2)正火处理，正火温度900℃，炉温低于500℃装炉，按不高于每小时100℃的速度升温，保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算，然后空冷，要求散放。

[0029] (3)淬火处理，淬火温度900℃，炉温等于或者低于500℃装炉，按不高于每小时100℃的速度升温，保温时间按“有效厚度/40mm”小时计算，有效厚度小于80mm的工件采用油冷；有效厚度80mm-150mm的工件采用水基淬火液冷却T1秒(T1按有效厚度每毫米1秒计算)后转油冷；有效厚度大于150mm的工件采用水冷T2秒(T2按有效厚度每毫米1秒计算)后转油冷。装炉摆放要求，直径大于1000mm或者有效厚度大于120mm的，每个托盘只装一层工件或者两个工件的上下层间隔要大于工件厚度的2倍；

[0030] (4)回火处理，回火温度600℃，炉温350℃以下装炉，按不高于每小时70℃的速度升温，保温时间按“1.5倍淬火保温时间”计算，然后空冷；并且，回火炉的温度均匀性要保证在加减10℃的范围内。

[0031] (5)稳定处理，在半精加工之后进行稳定处理，稳定处理温度580℃，炉温300℃以下装炉，按不高于每小时70℃的速度升温，保温时间按回火的保温时间，冷却以不高于每小时50℃的速度降温，降到250℃出炉空冷。

[0032] 下面结合实施例对本发明提供的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺做详细说明。

[0033] 实施例1

[0034] 透平离心压缩机用35CrMoV齿环材料，其化学成分：C:0.34wt％；Si：0.25wt％；Mn：0.58wt％；Cr：1.09wt％；Mo：0.23wt％；S：0.008wt％；P：0.026wt％；V：0.13wt％；Fe：余量。
对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：

[0035] (1)粗加工图的设计，参见图1，将粗加工图进行改进设计，将力学性能试圈在齿轮侧面外圆缩进100mm切取，目的是进一步保证齿轮工作部位预备热处理后的强度、硬度满足设计及工矿的要求。

[0036] (2)正火处理，室温装炉，按功率升到500℃，之后按每小时100℃的升温，900℃保温3.5小时，出炉散放空冷。

[0037] (3)淬火处理，室温装炉，按功率升到500℃，之后按每小时100℃的升温，900℃保温3.5小时，然后水基淬火液冷却140秒转油冷，上下层间隔280mm。

[0038] (4)回火处理，室温装炉，按功率升到350℃，之后按每小时70℃的升温，在600℃保温5.5小时出炉空冷。然后进行力学性能检验，检验结果见表1。

[0039] (5)稳定处理：装炉温度300℃，按每小时70℃的速度升温，570℃保温5.5小时，炉冷每小时50℃的速度降温，降到200℃出炉空冷。

[0040] 对比例1

[0041] 与实施例1不同之处在于：参见图2，步骤(1)粗加工图的设计中，力学性能试圈在侧面顶外圆切取；步骤(2)出炉后没有散放要求；步骤(3)直接油淬，没有上下层间隔要求。然后进行力学性能检验，检验结果见表2。

[0042] 从表1和表2的检验结果的对比可以看出，经测试实施例1离子氮化热处理后的35CrMoV齿轮，其心部力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、布氏硬度、伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量等指标均比对比例1的屈服强度、抗拉强度、布氏硬度、伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量等指标都高。这说明本发明实施例1提供的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，通过优化工艺参数、改进粗加工图的设计，使预备热处理后的35CrMoV离子氮化齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳也匀有大幅提高。

[0043] 表1、实施例1的力学性能数据

[0044]编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) HB
实施例1 865MPa 997MPa 17.5 64 78、72 306

[0045] 表2、对比例1的力学性能数据

[0046]编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) HB
对比例1 842MPa 962MPa 17.0 66 62、72 302

[0047] 实施例2

[0048] 透平压缩机用35CrMoV齿轮材料，其化学成分：C:0.34wt％；Si：0.25wt％；Mn：0.58wt％；Cr：1.09wt％；Mo：0.23wt％；S：0.008wt％；P：0.026wt％；V：0.13wt％；Fe：余量。
对其进行离子氮化热处理，包括以下步骤：

[0049] (1)粗加工图的设计，参见图3，将粗加工图进行改进设计，将力学性能试圈在齿轮侧面外圆缩进50mm切取，目的是进一步保证齿轮工作部位预备热处理后的强度、硬度满足设计及工矿的要求。

[0050] (2)正火处理，室温装炉，按功率升到500℃，之后按每小时100℃的升温，900℃保温3小时，出炉散放空冷。

[0051] (3)淬火处理，室温装炉，按功率升到500℃，之后按每小时100℃升温，900℃保温3小时，然后水基淬火液冷却120秒转油冷，装炉上下层间隔240mm。

[0052] (4)回火处理，室温装炉，按功率升到350℃，之后按每小时70℃的升温，在600℃保温4.5小时出炉空冷。然后进行力学性能检验，检验结果见表3。

[0053] (5)稳定处理：稳定处理是在半精加工之后进行，稳定处理温度570℃，装炉温度300℃，按每小时70℃的速度升温，570℃保温4.5小时，炉冷每小时50℃的速度降温，降到
200℃出炉空冷。

[0054] 对比例2

[0055] 与实施例2不同之处在于：参见图4，步骤(1)粗加工图的设计中，力学性能试圈在侧面顶外圆切取；步骤(2)出炉后没有散放要求；步骤(3)直接油淬，没有上下层间隔要求。然后进行力学性能检验，检验结果见表4。

[0056] 从表3和表4的检验结果的对比可以看出，经测试实施例2离子氮化热处理后的35CrMoV齿轮，其心部力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、布氏硬度、伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量等都明显高于对比例2的屈服强度、抗拉强度、布氏硬度、伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量等指标。这说明本发明实施例2提供的压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，通过优化工艺参数、改进粗加工图的设计，使预备热处理后的35CrMoV离子氮化齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳也大幅提高。

[0057] 表3、实施例2的力学性能数据

[0058]

[0059]

[0060] 表4、对比例2的力学性能数据

[0061]编号 屈服强度 抗拉强度 延伸率 断面收缩率 冲击功(J) HB
对比例2 833 970 15.5 62 47、52 293

[0062] 本发明提供的一种压缩机用35CrMoV离子氮化齿轮的预备热处理工艺，通过改进优化工艺参数、优化粗加工图的设计，使预备热处理后的35CrMoV齿轮的硬度达到HB303-341，可以广泛用于透平压缩机离子氮化齿轮或齿环等方面。参见图5、图6、图7和图8，经本发明预备热处理的35CrMoV离子氮化齿轮，按照美国AGMA齿轮标准，使齿轮的许用屈服强度提高33.6％、许用弯曲应力提高10％，许用接触应力由2级提高到3级，提高10％左右，最小硬化层深度要求可减小16.7％，使得35CrMoV离子氮化齿轮的承载能力大幅提高，接触疲劳强度和弯曲疲劳大幅提高，大幅扩大离子氮化齿轮的应用范围。

[0063] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。