本發(fā)明涉及齒輪熱處理技術領域，特別涉及一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪及應用。

背景技術：

目前，薄壁滲碳淬火高速齒輪的結構設計，不考慮滲碳淬火工藝過程的變形問題，或者說是在沒有進行抗畸變試驗研究的條件下的設計，只按正常的齒輪設計方法設計，而對于薄壁滲碳淬火高速齒輪，滲碳淬火的變形量特別大，經常因為滲碳淬火后變形量大，不夠加工尺寸進行返修，返修挽救不過來的，最后報廢的情況也時常發(fā)生，是生產制造的一大難點，不僅影響生產制造周期，制造成本也大幅提高。

滲碳淬火變形是世界難題，發(fā)達國家公布的數據，在滲碳淬火變形問題上浪費的資金也相當驚人。以前對滲碳淬火畸變問題的研究，多集中在滲碳淬火的工藝過程，齒輪結構上的研究較少，特別對于國內，對透平壓縮機大尺寸薄壁滲碳淬火高速齒輪結構因素對滲碳淬火畸變的影響研究的更少，幾乎是空白。結構因素是滲碳淬火變形的最主要的因素，而且影響也最大，研究起來效果也最明顯。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是薄壁滲碳淬火高速齒輪滲碳淬火的變形量大，提供一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪及應用。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪，所述高速齒輪的直徑與厚度比為9.8-10.2。

進一步地，所述高速齒輪的直徑與厚度比為10。

進一步地，所述高速齒輪的預備熱處理工藝為：950℃正火，保溫時間為“有效厚度/45mm”小時，空冷；860℃淬火，保溫時間為“有效厚度/40mm”小時，油冷；650℃回火，保溫時間為“1.5倍淬火保溫時間”，空冷。

進一步地，所述高速齒輪的滲碳淬火工藝為：930℃滲碳，總保溫時間為“滲層深度/0.1mm”小時；850℃球化空淬，保溫時間為“有效厚度/40mm”小時；650℃高溫回火，保溫時間為淬火的1.5倍；780℃淬火，保溫時間為“有效厚度/40mm”小時，油冷；180℃回火，保溫時間是淬火的2倍。

進一步地，所述高速齒輪的材料是12cr2ni4滲碳鋼。

上述齒輪用于透平壓縮機薄壁滲碳淬火高速齒輪。

本發(fā)明提供的抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪，使整個滲碳淬火工序的變形量都大幅縮小，畸變量減小39％以上?？刂屏送钙綁嚎s機用薄壁滲碳淬火高速齒輪的畸變問題；控制了因滲碳淬火工藝變形量大，造成磨齒時不夠磨削尺寸超差造成的返修，甚至報廢的問題；控制了由于磨齒時磨削量大，造成了滲層的嚴重不均勻，硬度不均勻切下降，承載能力下降的問題。齒輪的質量大幅提高，接觸疲勞強度和彎曲疲勞大幅提高，磨削量減小，成本大幅下降。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖2為本發(fā)明對比實施例1提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例2提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖4為本發(fā)明對比實施例2提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例3提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖6為本發(fā)明對比實施例3提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例4提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

圖8為本發(fā)明對比實施例4提供薄壁滲碳淬火高速齒輪結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪，目前透平壓縮機用薄壁滲碳淬火高速齒輪的直徑、厚度關系沒有特定的比例關系比例數大的達到11.5，小的只有7.5，這種直徑與厚度之間的無特定比例關系，在滲碳淬火的工藝過程中產生的畸變量差異變化大，對滲碳淬火工藝過程的畸變控制造成了很大的難度。

本發(fā)明從控制齒輪畸變的角度出發(fā)，對薄壁滲碳淬火高速齒輪的直徑與厚度的比例關系進行了研究。

經大量實驗證實，透平壓縮機用薄壁滲碳淬火高速齒輪的直徑與厚度的比例關系：

(1)抗橢圓度變形的要求：直徑與厚度的比值要≤11。

(2)抗畸變的要求：直徑與厚度的比值控制在10附近，9.8-10.2比較合適，優(yōu)選比值為10。

本發(fā)明的透平壓縮機用薄壁滲碳淬火高速齒輪抗畸變的結構，在進行滲碳淬火的工藝過程中，薄壁滲碳淬火高速齒輪的變形量大幅縮小，縮小39％以上，畸變量的大幅減小，不僅可以控制因變形量大磨齒時不夠磨削，尺寸超差造成的返修甚至報廢的問題；也能控制由于磨齒時磨削量大，造成了滲層的嚴重不均勻，硬度下降，承載能力下降的問題；更重要的是齒輪的質量大幅提高，接觸疲勞強度、彎曲疲勞大幅提高；另外磨削量減小，成本也會大幅下降。本發(fā)明適用于壓縮機薄壁滲碳淬火高速齒輪的抗畸變的結構尺寸設計，也適用于其它的薄壁滲碳淬火高速齒輪抗畸變的結構尺寸設計，還適用于其它的比例關系接近的薄壁齒輪。

實施例1一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪

模擬盤材料12cr2ni4，用其進行薄壁滲碳淬火高速齒輪直徑與厚度不同比例關系對畸變量影響的工藝試驗，在滲碳淬火工藝過程中的畸變量的測試試驗包括以下步驟：

(1)預備熱處理：950℃正火，保溫5小時，空冷；860℃淬火，保溫5小時，油冷，650℃回火，保溫7.5小時，空冷。

(2)直徑與厚度的比：230mm/23mm＝10(見圖1)。

(3)測試畸變工藝參數：930℃滲碳10小時；球化空淬850℃保溫5小時；650℃高溫回火7.5小時；780℃淬火保溫5小時，油冷；180℃回火保溫10小時。

(4)測試畸變工藝操作要領：保證兩個對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳氣氛條件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

(5)模擬盤尺寸測量：測試試驗前、滲碳球化空淬后、淬火回火后測量模擬盤的尺寸，比較滲碳球化空淬、淬火回火以及整個滲碳淬火工序的畸變量。同一個人測量，使用同一個千分尺，且千分尺要經過校核。

對比例1

與實施例1不同之處在于：步驟(2)直徑與厚度的比不同，其直徑與厚度的比為230mm/21mm＝10.952(見圖2)。

數據處理與分析：實施例1的畸變量數據見表1a，對比例1的畸變量數據見表1b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的盤直徑。經測試，實施例1滲碳淬火后的畸變量明顯低于對比例1的滲碳淬火后的畸變量，實施例1的平均畸變量+0.0637，對比例1的平均畸變量+0.105，實施例1的畸變量較對比例1的減小0.0413，即減小了39％，也就是說直徑與厚度的比10的抗畸變能力明顯優(yōu)于比值為10.952的，充分說明了直徑厚度比對齒輪的畸變量是有很大影響的，有一個最佳的比值范圍，在各工序的畸變量方面，總體上滲碳球化空淬工序的變形量小于淬火回火工序的變形量，也證明了工件結構因素對控制變形的重要作用。

解決方案：增加齒輪厚度。

表1a、實施例1的變形量數據

表1b、對比例1的變形量數據

實施例2一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪

模擬盤材料12cr2ni4，用其進行薄壁滲碳淬火高速齒輪直徑與厚度不同比例關系對畸變量影響的工藝試驗，在滲碳淬火工藝過程中的畸變量的測試試驗包括以下步驟：

(1)預備熱處理：950℃正火，保溫5小時，空冷；860℃淬火，保溫5小時，油冷，650℃回火，保溫7.5小時，空冷。

(2)直徑與厚度的比：230mm/23mm＝10(見圖3)。

(3)測試畸變工藝參數：930℃滲碳10小時；球化空淬850℃保溫5小時；650℃高溫回火7.5小時；780℃淬火保溫5小時，油冷；180℃回火保溫10小時。

(4)測試畸變工藝操作要領：證兩個對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳氣氛條件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

(5)模擬盤尺寸測量：測試試驗前、滲碳球化空淬后、淬火回火后測量模擬盤的尺寸，比較滲碳球化空淬、淬火回火以及整個滲碳淬火工序的畸變量。同一個人測量，使用同一個千分尺，且千分尺要經過校核。

對比例2

與實施例2不同之處在于：步驟(2)直徑與厚度的比不同，其直徑與厚度的比為230mm/20mm＝11.5(見圖4)。

數據處理與分析：實施例2的畸變量數據見表2a，對比例2的畸變量數據見表2b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的盤直徑。經測試，實施例2滲碳淬火后的畸變量明顯低于對比例2的滲碳淬火后的畸變量，實施例2的平均畸變量+0.0225，對比例2的平均畸變量+0.0435，實施例2的畸變量較對比例2的減小0.021，按百分比減小了48％，也就是說直徑與厚度的比為10的抗畸變能力明顯優(yōu)于比值為11.5的，充分說明了直徑厚度比對齒輪的畸變量是有很大影響的，有一個最佳的比值范圍，對比例2的數據還說明了另外一個問題，即橢圓度的變形問題，初步說明在比值為11.5的情況下，已經有嚴重的橢圓度變形問題，在各工序的畸變量方面，總體上滲碳球化空淬工序的變形量小于淬火回火工序的變形量，也證明了工件結構因素對控制變形的重要作用。

解決方案：增加齒輪厚度。

表2a、實施例2的變形量數據

表2b、對比例2的變形量數據

實施例3一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪

模擬盤材料12cr2ni4，用其進行薄壁滲碳淬火高速齒輪直徑與厚度不同比例關系對畸變量影響的工藝試驗，在滲碳淬火工藝過程中的畸變量的測試試驗包括以下步驟：

(1)預備熱處理：950℃正火，保溫5小時，空冷；860℃淬火，保溫5小時，油冷，650℃回火，保溫7.5小時，空冷。

(2)直徑與厚度的比：230mm/23mm＝10(見圖5)；

(3)測試畸變工藝參數：930℃滲碳10小時；球化空淬850℃保溫5小時；650℃高溫回火7.5小時；780℃淬火保溫5小時，油冷；180℃回火保溫10小時。

(4)測試畸變工藝操作要領：證兩個對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳氣氛條件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

(5)模擬盤尺寸測量：測試試驗前、滲碳球化空淬后、淬火回火后測量模擬盤的尺寸，比較滲碳球化空淬、淬火回火以及整個滲碳淬火工序的畸變量。同一個人測量，使用同一個千分尺，且千分尺要經過校核。

對比例3

與實施例3不同之處在于：步驟(2)直徑與厚度的比不同，其直徑與厚度的比為230mm/25mm＝9.2(見圖6)。

數據處理與分析：實施例3的畸變量數據見表3a，對比例3的畸變量數據見表3b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的盤直徑。經測試，實施例3滲碳淬火后的畸變量明顯低于對比例3的滲碳淬火后的畸變量，實施例3的平均畸變量+0.0225，對比例3的平均畸變量+0.10125，實施例3的畸變量較對比例3的減小0.07875，按百分比減小了77.8％，也就是說直徑與厚度的比為10的抗畸變能力明顯優(yōu)于比值為9.2的，充分說明了直徑厚度比對齒輪的畸變量是有很大影響的，有一個最佳的比值范圍，在各工序的畸變量方面，總體上滲碳球化空淬工序的變形量小于淬火回火工序的變形量，也證明了工件結構因素對控制變形的重要作用。

解決方案：增加齒輪厚度。

表3a、實施例3的變形量數據

表3b、對比例3的變形量數據

實施例4一種抗畸變薄壁滲碳淬火高速齒輪

模擬盤材料12cr2ni4，用其進行薄壁滲碳淬火高速齒輪直徑與厚度不同比例關系對畸變量影響的工藝試驗，在滲碳淬火工藝過程中的畸變量的測試試驗包括以下步驟：

(1)預備熱處理：950℃正火，保溫5小時，空冷；860℃淬火，保溫5小時，油冷，650℃回火，保溫7.5小時，空冷。

(2)直徑與厚度的比：230mm/23mm＝10(見圖7)；

(3)測試畸變工藝參數：930℃滲碳10小時；球化空淬850℃保溫5小時；650℃高溫回火7.5小時；780℃淬火保溫5小時，油冷；180℃回火保溫10小時。

(4)測試畸變工藝操作要領：證兩個對比模擬盤的高度一致，位置臨近，滲碳工藝過程的滲碳氣氛條件一致，淬火工藝過程的冷卻條件一致。

(5)模擬盤尺寸測量：測試試驗前、滲碳球化空淬后、淬火回火后測量模擬盤的尺寸，比較滲碳球化空淬、淬火回火以及整個滲碳淬火工序的畸變量。同一個人測量，使用同一個千分尺，且千分尺要經過校核。

對比例4

與實施例4不同之處在于：步驟(2)直徑與厚度的比不同，其直徑與厚度的比為230mm/25mm＝8.214(見圖8)。

數據處理與分析：實施例4的畸變量數據見表4a，對比例4的畸變量數據見表4b，其中，直徑a和直徑b表示相互垂直的盤直徑。經測試，實施例4滲碳淬火后的畸變量明顯低于對比例4的滲碳淬火后的畸變量，實施例4的平均畸變量+0.0637，對比例4的平均畸變量+0.135，實施例4的畸變量較對比例4的減小0.0713，按百分比減小了52.8.％，也就是說直徑與厚度的比為10的抗畸變能力明顯優(yōu)于比值為8.214的，充分說明了直徑厚度比對齒輪的畸變量是有很大影響的，有一個最佳的比值范圍，在各工序的畸變量方面，總體上滲碳球化空淬工序的變形量小于淬火回火工序的變形量，也證明了工件結構因素對控制變形的重要作用。

解決方案：增加齒輪厚度。

表4a、實施例4的變形量數據

表4b、對比例4的變形量數據

最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。