一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪及其處理爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪及其處理爐，包括齒輪基體，其特征在于，在齒輪基體表面設(shè)置有復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層由工作層、中間梯度層連接構(gòu)成，工作層、中間梯度層合金化連接，中間梯度層與齒輪基體合金化連接。本發(fā)明的齒輪，表面層硬度在HV800～2000之間（可按要求控制硬度的精度在±5%之內(nèi)），獲得較高的硬度；涂層厚度在0.1～2mm之內(nèi)（可調(diào)），涂層較厚，獲得較高的耐磨性和韌性；涂層較厚，增強(qiáng)了緩沖能力，齒輪壽命大幅度提高，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高一倍以上。制造方法簡(jiǎn)單，容易操作；而且制造效率較高，滿足批量生產(chǎn)的需要。
【專利說明】一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪及其處理爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種齒輪及其處理爐，尤其是獲得表面高硬度、高耐磨性和高韌性的 齒輪及其熱處理爐。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 眾所周知，目前國(guó)內(nèi)外多利用低碳或中碳合金鋼制造齒輪，在齒輪成形加工之后 多用表面化學(xué)熱處理，如表面改性處理技術(shù)及表面感應(yīng)加熱等熱處理方法，如：表面滲C， 氮化，C、N共滲，離子氮化及PVD，CVD，PCVD，TD，齒輪表面拋丸等技術(shù)，以及激光、離子注入、 等離子處理、電子束分子外延等表面處理方法。但至目前為止，上述各種方法存在以下缺 占· ① 常規(guī)擴(kuò)滲方法雖然可以達(dá)到理想的涂層厚度和結(jié)合力，但普遍硬度偏低，為HR60左 右； ② 而近年誕生的其他方法，獲得的涂層太薄，普遍在IOum以下，而且涂層與基體結(jié)合 力和耐磨性很差； ③ 由于設(shè)備較高精度和較高真空度限制，很難用于大批量生產(chǎn)，特別是尺寸大的工件 則所需設(shè)備異常龐大，否則不能滿足工程需要。
[0004] 故，現(xiàn)有技術(shù)的處理方法，不能獲得表面高硬度、高耐磨性、高韌性和高壽命的齒 輪，不能滿足市場(chǎng)和用戶的需要。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不能獲得表面高硬度、高耐磨性、高韌性和高壽命的齒輪的 不足，其目的在于提供一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪及其處理爐。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用以下技術(shù)方案： 一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪，包括齒輪基體，其特征在于，在齒輪基體 表面設(shè)置有復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層由工作層、中間梯度層連接構(gòu)成，工作層、中間梯度層 合金化連接，中間梯度層與齒輪基體合金化連接。
[0008] 進(jìn)一步的特征是：所述中間梯度層，是[C]、[N]活性原子被工件基體表面吸收，逐 漸向內(nèi)擴(kuò)散，在工件基體表面形成C、N中間梯度層。
[0009] 進(jìn)一步的特征是：所述工作層，是Cr、Nb、V、B、Ti元素的一種、兩種、或三種、四種 或五種，各自的化合物或鹽，在一定溫度下分解，形成〇、他、￥』、11的離子或分子 ；這些離 子或分子和基體鋼種的Fe和C形成高強(qiáng)度和高硬度的工作層。
[0010] 表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪的處理爐，包括密封的加熱爐爐體，其特征 在于：所述加熱爐爐體的中間空腔形成加熱爐膛，在加熱爐爐體上，設(shè)置有測(cè)溫探頭、真空 度檢測(cè)探頭，測(cè)溫探頭、真空度檢測(cè)探頭的端頭都通入加熱爐膛內(nèi)，或與加熱爐膛連通；在 加熱爐爐體上，設(shè)置有抽真空泵體，抽真空泵體的管道通入加熱爐膛內(nèi)，將加熱爐膛內(nèi)的氣 體強(qiáng)制向外抽，形成真空；在加熱爐爐體上，設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的中間層組分輸入通 道，分別在受控狀態(tài)下將中間梯度層處理需要的組分各自加入加熱爐膛內(nèi)；在加熱爐爐體 上，設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的工作層組分輸入通道，分別在受控狀態(tài)下將工作層處理需要 的組分各自加入加熱爐膛內(nèi)。
[0011] 在加熱爐膛內(nèi)設(shè)置有罩子，罩子與中間層組分輸入通道的管道連接，加入的氣體 組分首先進(jìn)入罩子內(nèi)。
[0012] 在加熱爐膛的底部設(shè)置一個(gè)工件載物臺(tái)，待處理齒輪工件放置在工件載物臺(tái)上。
[0013] 在加熱爐爐體上，設(shè)置有排水閥、排氣閥，都與加熱爐膛連通。
[0014] 本發(fā)明表面高硬度、高耐磨性、高韌性和高壽命的齒輪及其處理爐，相對(duì)于現(xiàn)有技 術(shù)，具有如下特點(diǎn)： 本發(fā)明的齒輪采用傳統(tǒng)的常規(guī)齒輪制造材料和成形加工方法，采用新型的電真空復(fù)合 表面熱處理擴(kuò)滲強(qiáng)化技術(shù)： 1、 使齒輪表面層硬度在HV80(T2000之間（可按要求控制硬度的精度在± 5%之內(nèi)），獲 得較高的硬度； 2、 涂層厚度在0. l~2mm之內(nèi)（可調(diào))，涂層較厚，獲得較高的耐磨性和韌性； 3、 涂層較厚，增強(qiáng)了緩沖能力，齒輪壽命大幅度提高，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高一倍以上。
[0015] 4、制造方法簡(jiǎn)單，容易操作；而且制造效率較高，滿足批量生產(chǎn)的需要。
[0016]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明齒輪結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖2是本發(fā)明齒輪處理爐結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0018]

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪，包括齒輪基體21，在齒輪基體 21表面具有復(fù)合涂層，復(fù)合涂層由工作層23、中間梯度層22連接構(gòu)成，工作層23、中間梯度 層22之間合金化連接，中間梯度層22與齒輪基體21合金化連接。
[0020] 本發(fā)明在鋼制齒輪的表面采用熱擴(kuò)散的方法，使齒輪表面形成一個(gè)C、N、Re等元 素?zé)釘U(kuò)滲冶金結(jié)合層，把該層作為中間梯度過渡層，然后再在此層上繼續(xù)熱擴(kuò)滲，強(qiáng)烈碳化 物形成元素 B、V、Cr、Nb、Ti等，使之形成和中間梯度過渡層緊密結(jié)合的高硬度耐磨工作 層。故，本發(fā)明這種復(fù)合涂層由表面的工作層、中間梯度層和基體組成，各層之間均為冶金 結(jié)合。
[0021] 由于C，N等原子半徑較小的元素在Fe中可以形成間隙固溶體，易于在鋼中擴(kuò)散， 一般情況下，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑金屬的點(diǎn)陣類型相同時(shí)，也易取得大的固溶度，如Ti, Nb, V，Cr 等，這些元素和基體鋼種的Fe和C形成高強(qiáng)度和高硬度的化合物以增加齒輪表面硬度和耐 磨性。在加熱爐中滴入煤油，或者苯、甲醇，同時(shí)爐中通氨氣，則產(chǎn)生以下化學(xué)反應(yīng)： CH4+NH3 N HCN+3H2 C0+NH3 N HCN+H20 2HCN N H2+2[C]+2[N] 則[C]、[N]活性原子被工件表面吸收，逐漸向內(nèi)擴(kuò)散，形成C，N中間梯度層。此層可改 變工藝參數(shù)(溫度、時(shí)間、濃度等）達(dá)到預(yù)期的要求。
[0022] 然后在高溫下提供含Cr、Nb、V、B、Ti等元素的化合物(如氧化物、氯化物等）或 鹽，則繼續(xù)在工件表面擴(kuò)散，并按菲克第二定律規(guī)律進(jìn)行： 式中：D為擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s

【權(quán)利要求】
1. 一種表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪，包括齒輪基體，其特征在于，在齒輪基 體表面設(shè)置有復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層由工作層、中間梯度層連接構(gòu)成，工作層、中間梯度 層合金化連接，中間梯度層與齒輪基體合金化連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪，其特征在于：所述中 間梯度層，是[C]、[N]活性原子被工件基體表面吸收，逐漸向內(nèi)擴(kuò)散，在工件基體表面形成 C、N中間梯度層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪，其特征在于：所 述工作層，是〇、他、￥、8、!1元素的一種、兩種、或三種、四種或五種，各自的化合物或鹽，在 一定溫度下分解，形成Cr、Nb、V、B、Ti的離子或分子；這些離子或分子和基體鋼種的Fe和 C形成高強(qiáng)度和高硬度的工作層。
4. 表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪的處理爐，包括密封的加熱爐爐體（1)，其特 征在于：所述加熱爐爐體（1)的中間空腔形成加熱爐膛（2)，在加熱爐爐體（1)上，設(shè)置有測(cè) 溫探頭（4)、真空度檢測(cè)探頭（5)，測(cè)溫探頭（4)、真空度檢測(cè)探頭（5)的端頭都通入加熱爐 膛（2)內(nèi)，或與加熱爐膛（2)連通；在加熱爐爐體（1)上，設(shè)置有抽真空泵體（6)，抽真空泵 體（6)的管道通入加熱爐膛（2 )內(nèi)，將加熱爐膛（2)內(nèi)的氣體強(qiáng)制向外抽，形成真空；在加熱 爐爐體（1)上，設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的中間層組分輸入通道（7)，分別在受控狀態(tài)下將中 間梯度層處理需要的組分各自加入加熱爐膛（2)內(nèi)；在加熱爐爐體（1)上，設(shè)置有一個(gè)或一 個(gè)以上的工作層組分輸入通道（9)，分別在受控狀態(tài)下將工作層處理需要的組分各自加入 加熱爐膛（2)內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪的處理爐，其特征在于：在加熱爐膛（2)內(nèi)設(shè)置有罩子（8)，罩子（8)與中間層組分輸入通道（7)的管道連接，加入的 氣體組分首先進(jìn)入罩子（8)內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪的處理爐，其特征在于：在加熱爐膛（2)的底部設(shè)置一個(gè)工件載物臺(tái)（3)，待處理齒輪工件放置在工件載物臺(tái)（3) 上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4一6任一所述表面高硬度、高耐磨性和高韌性的齒輪的處理爐，其特 征在于：在加熱爐爐體（1)上，設(shè)置有排水閥（10)和排氣閥（11 )，都與加熱爐膛（2)連通。
【文檔編號(hào)】B32B15/04GK104372288SQ201410695525
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】胡建軍, 孫智富, 侯天鳳 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)