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SNCM420H-K齿轮渗碳直接淬火工艺
发布时间:2017-07-12 03:52:16浏览:902次
  • 详细介绍

SNCM420H为日本牌号渗碳钢,该钢属于Cr-Mo系列的高级齿轮用钢,大量使用在重载齿轮中。该钢属于窄带高淬透性钢,渗碳热处理后变形较小,表面硬度高,耐磨性好,使用寿命高。目前,该种材料渗碳基本采用渗碳加两次淬火工艺,我公司通过大量工艺试验,在保证使用性能的前提下成功实现了SNCM420H-K齿轮的渗碳直接淬火,缩短生产周期,提高了生产效率;同时减少一次淬火工序,减小齿轮的变形,减小后续齿部磨削时的磨削量。

依据我国钢号命名规则,可将SNCM420H-K钢命名为22CrNi2MoNbH,该钢属于保证淬透性钢,它的化学成分如表1所示。SNCM420H-K含有较高的Mn、Cr、Ni、Mo,4种合金元素的加入可提高该材料的淬透性、心部的强度,降低了低温脆性;并且SNCM420H-K添加了微量Nb元素,Nb能与N、C结合,形成氮化物、碳化物,可显著提高再结晶温度,阻止奥氏体晶粒的长大,从而细化晶粒,改善材料的性能,使渗碳直接淬火成为可能。

表1 SNCM420H-K化学成分(质量分数)(%)


根据相关文献的研究结果显示含Nb的20CrNi2Mo钢在880℃、900℃、920℃、940℃、960℃温度下保温1h后淬水后的奥氏体晶粒度,在880℃、900℃、920℃下该钢晶粒度没有明显变化;在940℃、960℃下该钢晶粒有较为明显的长大;在920℃保温10h后晶粒没有发生明显的长大,晶粒度为8~9级,由此确定含Nb的20CrNi2Mo钢的渗碳温度为920℃,由于SNCM420H-K与含Nb的20CrNi2Mo化学成分相近,选择920℃作为SNCM420H-K钢的渗碳温度。

1.SNCM420H-K齿轮渗碳二淬火工艺

SNCM420H-K钢选用东北特钢生产的Φ200mm圆钢,化学成分见表2,齿轮工艺简图如图1所示。该齿轮的渗碳组织要求:节圆处硬化层要求2.4~3.0mm,齿根处硬化层深度≥1.5mm,心部硬度269~352HBW,马氏体、残留奥氏体1~4级,碳化物1~4级,表面硬度60~64HRC,晶粒度≥7级。该齿轮生产路线:下料→锻造→正火→粗车→精车→滚齿→渗碳→淬火→高温回火→车螺纹→二次淬火→低温回火→磨端面→磨齿,渗碳二次淬火工艺曲线如图2所示。
图1 齿轮工艺简图

表2 试验用SNCM420H-K化学成分(质量分数)(%)




图2 SNCM420H-K齿轮渗碳二次淬火工艺 曲线图

完成低温回火工序后剖切检验齿轮。金相组织如图3所示,齿轮渗碳区组织为:回火马氏体+残留奥氏体1级,少量碳化物1级,晶粒度9级。心部组织为:回火索氏体+少量铁素体,晶粒度8级;心部硬度278~339HBW,满足工艺要求。


图3

低温回火后检测齿轮轴的径向圆跳动值,并与渗碳前进行对比,得出渗碳二次淬火的变形量,变形量数据如表3所示,平均变形量约涨大0.044mm,淬火后涨大变形增加了后工序磨齿的磨削量。

表3 SNCM420H-K齿轮渗碳二次淬火变形量

2.SNCM420H-K渗碳直接淬火工艺
根据渗碳直接淬火工艺,调整工艺路线、工艺参数及相关生产过程,工艺路线调整结果:生产路线为下料→锻造→正火→粗车→精车→滚齿→车螺纹→渗碳→淬火→低温回火→磨端面→磨齿,渗碳直接淬火工艺曲线如图4所示。

图4 SNCM420H-K齿轮渗碳直接淬火工艺曲线图

完成低温回火工序后,剖检渗碳直接淬火齿轮,渗碳区组织:回火马氏体+残留奥氏体1级+碳化物2级,晶粒度9级。心部:回火索氏体+少量铁素体,晶粒度9级,心部硬度297~373HBW。将SNCM420H-K渗碳直接淬火齿轮与SNCM420H-K二次淬火齿轮的金相组织对比可看出,两者基本相当,心部硬度稍有提高,由此可判断,渗碳直接淬火对SNCM420H-K钢渗碳组织影响不大,可使用渗碳直接淬火工艺取代渗碳二次淬火。


图5 

低温回火后检测齿轮的径向跳动值,并与渗碳前进行对比,得出渗碳直接淬火变形量结果,部分变形量如表4所示,平均变形量约涨大0.03mm,较渗碳二次淬火工艺变形量减小0.014mm,齿轮变形减小32%,畸变率大大减小。因此,减小一次淬火过程能够有效的减小淬火变形,减小了后续磨削量,降低生产成本,并且取消一次淬火工序,节约了能源。

表4 SNCM420H-K齿轮轴渗碳二次淬火变形量

3.结语
SNCM420H-K钢渗碳直接淬火组织与传统渗碳二次淬火工艺组织基本相当,但减少一次淬火工序可较大的减小齿轮轴的变形量,减小磨削量,降低能耗,节约了生产成本,提高了生产效率。经多年验证,我公司生产的SNCM420H-K渗碳直接淬火齿轮在使用过程中未出现任何异常问题。

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