阅读说明：本技术 一种用于大尺寸高速重载薄壁齿轮低温气体渗碳的富化型渗剂 (Enriched type permeation agent for low-temperature gas carburization of large-size high-speed heavy-load thin-wall gear ) 是由 王鑫铭 刘克 杨兵 文涛 欧阳雪枚 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本项目提出了一种用于大尺寸高速重载薄壁齿轮温气体渗碳的富化型渗剂,属于化学热处理技术领域。所述催渗剂包括重量百分比含量5-8％稀土,10-20％四氯化碳,1-5％锆酸锂,异构醇余量。其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。以稀土、四氯化碳、锆酸锂和异构醇为原料,按照上述比例称取原料,混合均匀形成催渗剂,对大尺寸高速重载薄壁齿轮进行渗碳处理。本发明降低了渗碳温度,缩短渗碳时间,减小变形,进一步提高了表面硬度、耐磨性和疲劳性能,从而延长齿轮的使用寿命。(The project provides an enriched penetrating agent for warm gas carburizing of a large-size high-speed heavy-load thin-wall gear, and belongs to the technical field of chemical heat treatment. The catalytic agent comprises 5-8% of rare earth, 10-20% of carbon tetrachloride, 1-5% of lithium zirconate and the balance of isomeric alcohol by weight percentage. Wherein the rare earth is composed of 90% of lanthanum oxide and 10% of cerium oxide. Rare earth, carbon tetrachloride, lithium zirconate and isomeric alcohol are taken as raw materials, the raw materials are weighed according to the proportion and are uniformly mixed to form a penetration enhancer, and the large-size high-speed heavy-load thin-wall gear is subjected to carburization treatment. The invention reduces the carburizing temperature, shortens the carburizing time, reduces the deformation, and further improves the surface hardness, the wear resistance and the fatigue performance, thereby prolonging the service life of the gear.)

一种用于大尺寸高速重载薄壁齿轮低温气体渗碳的富化型 渗剂

技术领域

一种用于大尺寸高速重载薄壁齿轮低温气体渗碳的富化型渗剂

背景技术

渗碳是最常见的齿轮和其他许多零件表面硬化的热处理方法之一。90％的大尺寸高速重载薄壁齿轮需要进行渗碳处理。在生产实践中，工程技术人员常常采用齿面渗碳淬火的方法来提高齿轮轮齿的抗失效能力，以达到提高齿轮的承载能力，延长使用寿命。尤其对于大尺寸高速重载薄壁齿轮来说，在不影响渗碳速度的前提下，如何提高疲劳强度和控制变形是亟待解决的问题。通过催渗技术加速热处理过程是一种降低渗碳温度，降低能耗的有效手段，其中稀土渗剂是目前研究和应用较多的一类渗剂。稀土由于其电子结构分布的特殊性，电负性很低，化学活性很强，常用做催渗剂。当与渗剂共同加入炉内，在860℃时可以使其充***解。稀土对工件表面有清洁作用，加强碳原子向工件表面的渗入，从而提高渗速。在相同的温度下，稀土低温渗碳的速度比普通渗碳的速度提高了约30％，可节约电20％～30％。而在不影响生产效率的前提下，降低渗碳温度，可以有效减小渗碳变形。降低渗碳温度主要从三个方面减小变形：(1)工件的高温强度损失减少，塑性抗力增强，这样工件的抗应力变形、抗高温蠕变(工件因自重或受压而产生变形，大件、薄壁件更显著)、综合能力就会增强，变形就会减少；(2)如果渗碳温度降低，工件加热，冷却的温度时间减少，各部位温度不一致性也会减少，导致的热应力也相对减少，这样变形就会减少；(3)热处理工艺时间缩短，工件的高温蠕变时间减少，变形也会减少。

因此，本发明针对目前大尺寸高速重载齿轮渗碳温度高，生产周期长，能耗高，变形较大等问题，提出一种用于大尺寸高速重载薄壁齿轮低温气体渗碳的富化型催渗剂。通过添加催渗剂，降低渗碳温度，缩短催渗时间，减小变形，进一步提高了表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性，从而延长齿轮的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在现有的技术下能耗大，变形大，已有渗剂配方复杂、裂解温度较高、活性较低、堵塞管道严重等问题。

为解决上述技术问题，本项目提出了一种用于大尺寸高速重载齿轮低温气体渗碳的催渗剂，属于化学热处理技术领域。所述催渗剂包括重量百分比含量5-8％稀土，10-20％四氯化碳，1-5％锆酸锂，异构醇余量。其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。按照上述比例称取原料，混合均匀形成催渗剂，对大尺寸高速重载齿轮进行渗碳处理。本发明降低了渗碳温度，缩短渗碳时间，减小变形，进一步提高了表面硬度、耐磨性和疲劳性能。

本发明进一步优选催渗剂，包括重量百分比含量6-7％稀土，12-15％四氯化碳，1-3％锆酸锂，异构醇余量。

上述提出的用于高速重载齿轮低温气体渗碳的催渗剂，该催渗剂包括重量百分比含量6-7％稀土，12-15％四氯化碳，1-3％锆酸锂，异构醇余量，其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。采用的稀土增大了碳扩散系数，使得渗碳速度增加，且对二氧化锆材质的氧探头污染小。因此，本发明催渗剂的使用在不影响生产效率的前提下，有效地降低了渗碳温度，减小了渗碳变形，避免了管道堵塞和探头污染的问题，对大尺寸高速重载齿轮的精密制造具有经济和社会意义。

附图说明

图1是本发明于12CrNi3在890℃下渗碳后芯部的金相组织。

图2是本发明于在890℃下18CrNiMo7渗碳5h的渗碳层形貌。

具体实施方式

实施案例1

所述催渗剂包括重量百分比含量6％稀土，12％四氯化碳，3％锆酸锂，异构醇余量。其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。按照上述比例称取原料，混合均匀形成催渗剂，与甲醇以1:10 的比例进行稀释。将去掉表面钝化膜的12CrNi3工件放入渗碳炉中，抽真空，通入渗碳气体，加热渗碳炉，同时开启渗剂滴注系统开始渗碳处理，设定碳势为1.05％。设计了2个渗碳温度890和930℃，4 个渗碳时间分别为1h，3h，5h和7h。完成渗碳后，用金相法测定渗层深度。经检测分析，该材料渗碳层深度随渗碳温度和时间的增加而增加，催渗效果如表1所示。如图1在910℃下渗碳5h的金相组织图，晶粒尺寸较均匀，小尺寸晶粒较多，测得平均晶粒度为5.944。

工件热处理过程条件：

热处理设备：格里森超级渗碳炉；

热处理工件：材料为12CrNi3的齿圈(外径372mm，壁厚9mm), 材料为18CrNiMo7的转向齿轮(外径445mm，薄弧板壁厚10mm)，和材料为20Cr2Ni4A的大齿轮(外径297mm，内外径连接处壁厚 10mm)。

渗碳要求：渗碳层深1.0-1.3mm；表面硬度：大于60HRC；大直径齿轮和齿圈渗碳淬火后周节累积误差Fp≤0.30mm、齿轮端面跳动≤0.1mm。

实施案例2

将所述催渗剂包括重量百分比含量6％稀土，12％四氯化碳，3％锆酸锂，异构醇余量。其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。按照上述比例称取原料，混合均匀形成催渗剂，与甲醇以1:10 的比例进行稀释。将去掉表面钝化膜18CrNiMo7工件放入渗碳炉中，抽真空，通入渗碳气体，加热渗碳炉，同时开启渗剂滴注系统开始渗碳处理，设定碳势为1.05％。设计了2个渗碳温度890和930℃，4 个渗碳时间分别为1h，3h，5h和7h。完成渗碳程序后，用金相法测定渗层深度，催渗效果如表1所示。

实施案例3

将所述催渗剂包括重量百分比含量6％稀土，12％四氯化碳，3％锆酸锂，异构醇余量。其中稀土是由90％的氧化镧和10％的氧化铈组成。按照上述比例称取原料，混合均匀形成催渗剂，与甲醇以1:10 的比例进行稀释。将去掉表面钝化膜的20Cr2Ni4A工件放入渗碳炉中，抽真空，通入渗碳气体，加热渗碳炉，同时开启渗剂滴注系统开始渗碳处理，设定碳势为1.05％。设计了2个渗碳温度890和930℃， 4个渗碳时间分别为1h，3h，5h和7h。完成渗碳程序，用金相法测定渗层深度，催渗效果如表1所示。

表1采用渗剂条件下渗碳层厚度和热处理时间关系

综上所述，可以得出添加渗剂后，在获得相同渗层深度的条件下，渗碳速度可以提高20％以上。890℃时产生的变形小于930℃的，大直径齿轮和齿圈渗碳淬火后周节累积误差Fp≤0.20mm、齿轮端面跳动≤0.05mm。