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齿圈离子渗氮的技术改进是嘛

发布时间:2021-07-13 14:03:15 阅读: 来源:泡沫玻璃厂家

齿圈离子渗氮的技术改进

齿圈是我厂引进美国卡特彼勒公司推土机高端产品SD7高驱动履带式推土机上的关键零件(见图1),使用性能要求其具有良好的耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、抗划伤能力及抗咬合能力。原先我们采用20CrMnTi渗碳淬火的热处理工艺方法,但处理后变形往往超差,问题很难解决。根据齿圈的受力状态及性能的要求,其表面应有一定深度的硬化层,表面硬度应在50HRC以上,心部强韧化组织,基体强度σb≥800MPa,因此我们将齿圈的结果引发了两对磨擦作用力和相应的力矩材料改为42CrMo,预先调质到248~302HBS,机加工成形后再渗氮处理,渗氮层深度≥0.5mm,表面硬度≥550HV。因为离子渗氮与气体渗氮相比,具有渗速快、渗层组织易于控制、脆性小、工件变形小、节能、省气及无公害等诸多优点,并且离子渗氮炉对于齿圈类零件装炉也方便。为此,我们购置了某厂生产的直流电源离子渗氮炉LD-150,有效工作区为Φ51300mm×1600mm。

1.存在问题

离子氮万能资料实验机是由丈量系统、驱动系统、控制系统及电脑(电脑系统型拉力实验机)等构造组成化炉购回及在以后的调试过程中,虽然齿圈13、拉伸实验行程:800mm;经离子渗氮后热处理变形符合要求,但渗氮技术要求一直达不到图样要求。主要表现在离子氮化后表面硬度和渗氮层深度极不均匀;同件硬度偏差范围达到200HV左右,同件渗氮层深度偏差范围达到0.2mm左右,同炉各齿圈的偏差范围也同样如此,即每炉的上中下三个位置的齿圈硬度和渗氮电缆线是不是有断路层深度也不均匀,偏差范围超差。

齿圈装炉方式采取的是堆垛方式(如图2所示),共三垛,每垛三件,齿轮之间用垫块隔开,间隔约50mm距离。齿固离子渗氮工艺曲线如图3所示。

图2

图3

2.原因分析及改进措施

离子渗氮时,零件表面各处温度的均匀一致是保证渗氮质量的重要因素。由于离子氮化炉是在电场的作用下,氮离子轰击阴极,同时加热零件表面达到渗氮温度以实现渗氮的,这就造成离子渗氮零件温度常常很不均匀,各部位温度相差几十度甚至上百度,致使渗氮层的硬度和深度不均匀。所以我们从改善炉温均匀性人手,对齿圈渗氮后出现的问题进行分析并采取改进措施。

(1)工件的装炉方式对温度的均匀性有很大影响。齿圈采取图2的方式装炉,使得齿圈靠炉壁附近部分和炉子中心部分,由于阴阳极间距离差异和散热的不同,必然导致同一件齿圈的这两部分温度不同,所以我们采取在阴极盘中心放一垛(如图4所示),每垛5件的装炉方式,这样保证了阴阳极间距离的均匀。考虑到炉子中间温度往往偏高,所以中间齿圈间隔要比上下稍大一些,每件间隔的距离从上到下分别为30mm、80mm、100mm、50mm。通过装炉方式的改进,改善了齿圈的温度均匀性。

(2)针对罩式离子氮化炉具有因零件上部散热大、温度往往偏低的特点,我们在炉子顶部设置了圆盘状的辅助阴极。工作时辅助阴极和零件一同起辉升温。由于辅助阴极的存在及相互热辐射的影响,提高了附近空间的温度,减小了零件这一部位的散热损失,因此使该处的温度升高直至和其他部位的温度相同。

(3)调试过程中我们还发现,离子渗氮炉炉体外壁温度严重不均,外壁温差约有50℃左右。经分析认为原因之一是该炉体的循环冷却水路存在问题,原炉体水冷系统只有一处进水和一处出水,冷却水从炉子底部进入,从炉子顶部流出。在此种冷却方法下,在炉子底部,由于循环水的不断注入,使其温度基本保持在20℃;而在炉子顶部,由于冷却水被炉子所散发出来的热量不断加热,冷却水温度已达到70℃左右。另一个原因是该炉体设计上只有一层隔热屏,对零件的隔热起不到很好的效果。所以我们首先是对冷却水路进行了改造,在炉子中部增设一处进水口,通过调整两处进水口的流量,最终达到炉体外壁温度基本均匀一致,确保炉温更均匀;其次是新增加_,一个不锈钢隔热屏,成为双层隔热屏,这样可提高离子渗氮炉膛的温度,减小从工件到炉壁的温度梯度,不仅可以节省电能,而且也减小了工件各处散热条件上的差异,使得工件的温度均匀性得到很大的改善。

3.效果

针对离子氮化炉炉温均匀性问题,通过采取以上措施,齿圈经离子渗氮后,其变形、硬度、渗氮层深度及其偏差范围均符合要求,证实我们采取的改进措施切实可行而有效。(end)

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