高频热处理材料及利用该材料的齿轮制造方法.pdf

本发明涉及一种高频热处理材料及利用该材料的齿轮制造方法。为此，本发明的高频热处理材料变形量稳定，具有与渗碳热处理同等的物理特性，其成分包括：碳(C)0.50~0.55重量%、硅(Si)0.30~0.50重量%、锰(Mn)0.35~0.55重量%、铜(Cu)0.30重量%以下、镍(Ni) 0.25重量%以下、铬(Cr) 0.25 重量%以下、钼(Mo) 0.35~0.45 重量%、硼(B) 0.002~0.004重量%、铝(Al) 0.025~0.045 重量%，其余成分为Fe。因此，本发明可以获得在高频热处理过程中变形量稳定且具有与渗碳热处理同等标准物理特性的中碳钢材，将这种材料按照齿轮类部件的标准加工后再通过轮廓高频热处理就可以制造出表面强度和硬度很高的齿轮。

权利要求书
1.  一种高频热处理材料，其特征在于：
其变形量稳定，具有与渗碳热处理同等的物理特性，其由碳0.50~0.55重量%、硅0.30~0.50重量%、锰0.35~0.55重量%、铜0.30重量%以下、镍0.25重量%以下、铬0.25重量%以下、钼0.35~0.45重量%、硼0.002~0.004重量%、铝0.025~0.045重量%，其余成分为Fe构成。

2.  一种利用高频热处理材料的齿轮制造方法，其特征在于：
包括：将由碳0.50~0.55重量%、硅0.30~0.50重量%、锰0.35~0.55重量%、铜0.30重量%以下、镍0.25重量%以下、铬0.25重量%以下、钼0.35~0.45重量%、硼0.002~0.004重量%、铝0.025~0.045重量%，其余成分为Fe构成的材料在1200℃条件下热锻的热锻步骤(S100)；
将材料按照齿轮类部件的形态进行磨削加工的磨削加工步骤(S200)；
将经过磨削加工的齿轮类部件进行齿切加工的热前齿切步骤(S300)；
对齿轮类部件上形成的齿切部位利用高频进行轮廓热处理的轮廓高频热处理步骤(S400)；
对经过轮廓高频热处理的齿轮类部件进行收尾处理的热后加工步骤(S500)。

3.  根据权利要求2所述的利用高频热处理材料的齿轮制造方法，其特征在于：
上述轮廓高频热处理步骤(S400)是在850~940℃的条件下进行15分钟的热处理。

说明书高频热处理材料及利用该材料的齿轮制造方法
技术领域
本发明涉及一种高频热处理材料及利用该材料的齿轮制造方法。特别是，可以获得在高频热处理过程中变形量稳定且具有与渗碳热处理同等标准物理特性的材料，将这种材料按照齿轮类部件的标准加工后再通过轮廓高频热处理就可以制造出表面硬度高的齿轮。
背景技术
一般来说，齿轮类部件使用的材料为碳钢或普通钢，是以Fe，C为主要成分的合金并分别含有少量的锰(Mn)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)等元素。此时，碳(C)为0.03～1.7％，锰(Mn)为0.2～0.8％，硅(Si)为0.35％以下，硫(S)为0.06％以下，其余成分为铁。如果增加碳成分的含量，就会因珠光体组织的增加而导致碳钢的物理性质与机械性能发生变化。即如果增加碳的含量，钢的抗张强度、屈服点就会增加，但是大约达到0.9％以上之后反而会减少，同时拉伸、冲击值反而也会减少，脆性会增加。
如果碳含量低于0.3％为低碳钢，如果碳含量在0.3～0.5％以下范围内为中碳钢，如果碳含量超过0.5％为高碳钢。碳含量低于0.3％的钢被称为“软钢”，碳含量超过0.3％的钢被称为“硬钢”。
热处理(heat treatment)是通过加热、冷却提高工业材料的特性。如果当对物质加热后再使其冷却，内部组织就会发生变化，有时其性质就会显著改善。
钢铁作为一种能够通过热处理使其特性大幅改变的材料，为了确保能够自由变形可以将其制造得柔软一些。相反，也可以将其制造得坚硬 以至于能够对钢铁自身进行砍削的程度。
在热处理之前进行退火(annealing)，这是因为铸造组织或锻造组织等通过退火处理后能够成为标准组织，因此在原来的热处理程序之前需要进行退火处理。
如果通过淬火·回火处理使其温度从大约900℃的情况下骤降，就会导致钢铁产生特有的相变(马氏体相变)，从而形成非常坚硬的组织，然后再在200～600℃的条件下进行再次加热就可以制造出高强度钢。
另外，在传递动力的机械要素中，齿轮类部件主要使用低碳钢。低碳钢通过热锻、材料热处理、磨削加工及热前齿切加工、渗碳热处理和热后加工等工序制造。
但是，在热锻之后，由于还需要再经过材料热处理工序和渗碳热处理工序，由此会消耗大量的费用与时间。另外，如果为了节约费用与时间而采用高频热处理，材料表面又很难获得马氏体组织。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，与现有材料相比减少铬等元素的用量，通过利用钼元素控制晶粒生长而获得微粒，由此不经过渗碳热处理工序就可获得同等的物理特性，因此在热锻之后不再经过材料热处理工序即可完成磨削加工工序，最终减少制造工序。
技术方案
本发明的高频热处理材料变形量稳定，具有与渗碳热处理同等的物理特性，其成分包括：碳(C)0.50～0.55重量％、硅(Si)0.30～0.50重量％、锰(Mn)0.35～0.55重量％、铜(Cu)0.30重量％以下、镍(Ni)0.25重量％以下、铬(Cr)0.25重量％以下、钼(Mo)0.35～0.45重量％、硼(B)0.002～0.004重量％、铝(Al)0.025～0.045重量％、其余成分为Fe。
本发明的利用高频热处理材料的齿轮制造方法包括：将由碳(C)0.50～0.55重量％、硅(Si)0.30～0.50重量％、锰(Mn)0.35～0.55重量％、铜(Cu)0.30重量％以下、镍(Ni)0.25重量％以下、铬(Cr)0.25重量％以下、钼(Mo)0.35～0.45重量％、硼(B)0.002～0.004重量％、铝(Al)0.025～0.045重量％、其余成分为Fe构成的材料在1200℃条件下热锻的步骤；将材料按照齿轮类部件的形态进行磨削加工的步骤；将经过磨削加工的齿轮类部件进行齿切加工的热前齿切步骤；对齿轮类部件上形成的齿切部位利用高频进行轮廓热处理的步骤；对经过轮廓高频热处理的齿轮类部件进行收尾处理的热后加工步骤。
另外，本发明的上述利用高频进行轮廓热处理的步骤(S400)是在850～940℃的条件下进行15分钟的热处理。
有益效果
本发明可以获得在高频热处理过程中变形量稳定，具有与渗碳热处理同等标准物理特性的中碳材料。
另外，将材料加工成齿轮类部件后，通过轮廓高频热处理可以获得表面硬度非常高的齿轮。
另外，通过此举，与现有材料相比减少了铬等合金元素的用量，从而可以降低成本。
另外，通过此举，不经过渗碳热处理也能获得同等的物理特性。
另外，通过此举，在热锻之后不再经过材料热处理工序即可完成磨削加工工序，最终减少制造工序。
附图说明
图1是利用依据本发明高频热处理材料的齿轮制造方法流程图；
图2是显示通过依据本发明高频热处理材料的晶粒生长而获得微粒过程的方块图。
符号说明
S 100:热锻步骤
S200:磨削加工步骤
S300:热前齿切步骤
S400:轮廓高频热处理步骤
S500:热后加工步骤
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1是利用依据本发明高频热处理材料的齿轮制造方法示例图，图2是显示通过依据本发明高频热处理材料的晶粒生长而获得微粒过程的方块图。
依据本发明的高频热处理材料与现有材料相比，提高了碳(C)的含量，以确保能够通过高频热处理获得马氏体(Martensite)组织。为了增加强度而添加了一定量的钼(Mo)，并获得了贝氏体(Bainite)组织。为了防止因锡(TiN)导致疲劳寿命下降而添加了铝(Al)以代替钛(Ti)。
表1是依据本发明的高频热处理材料成分表。
【表1】
 CSiMnCuNiCrMoBAlMin0.050.300.35---0.350.0020.025Max0.550.500.550.300.250.250.450.0040.045
从表1中可以看出，本发明变形量稳定，具有与渗碳热处理同等的物理特性，其成分包括：碳(C)0.50～0.55重量％、硅(Si)0.30～0.50重量％、锰(Mn)0.35～0.55重量％、铜(Cu)0.30重量％以下、镍(Ni)0.25重量％以下、铬(Cr)0.25重量％以下、钼(Mo)0.35～0.45重量％、硼(B)0.002～0.004重量％、铝(Al)0.025～0.045重量％，其余成分都为Fe。
在这里，所述碳(C)0.50～0.55重量％是作为化学成分中最厉害的侵入型基质强化元素添加的成分，其中碳含量越高强度就越高，进行高频热处理时 可以获得马氏体(Martensite)组织，从而使表面硬度更加优秀。
实施渗碳热处理的现有合金钢碳含量被限定在0.10～0.30重量％范围内，但是这意味着高频热处理时淬透性下降而不利于确保表面硬度。因此，本发明中将廉价的碳元素含量调节到0.50～0.55重量％。
所述硅(Si)0.30～0.50重量％不仅可以提高强度，而且还可以提高耐氧化/耐蚀性，因此本发明中将硅的含量调节到0.30～0.50重量％。
所述锰(Mn)0.35～0.55重量％是指固溶于基质内为提高弯曲疲劳强度而添加的成分，本发明中将锰含量调节到0.35～0.55重量％。
所述铜(Cu)0.30重量％不仅能够提高强度，而且还具有提高耐氧化/耐蚀性的功能，本发明中将铜含量调节到0.30重量％以下。
所述镍(Ni)0.25重量％是指固溶于基质内为提高弯曲疲劳强度而添加的成分，本发明中将镍含量调节到0.25重量％以下。
关于所述铬(Cr)0.25重量％，如果其含量高，耐蚀性、耐热性就会增强，并容易生成碳化物，因此它是为增强耐磨性而添加的成分，本发明中将铬含量调节到0.25重量％以下。
所述钼(Mo)0.35～0.45重量％具有深度淬火并增强表面硬度的功能，添加碳(C)及硼(B)可以增加淬透性，在这种情况下通过控制晶粒生长可以获得微粒，由此不经过渗碳热处理就可获得同等的物理特性。即，如果为了增加强度而添加一定量的钼(Mo)就可以获得贝氏体(Bainite)组织。
所述硼(B)0.002～0.004重量％与碳及钼一起增加淬透性，是一种有利于确保表面硬度的元素，如果将其含量控制在0.002～0.004重量％范围内，表面硬化就可以达到最大深度，同时还可以排除残余应力对表面的影响。
所述铝(Al)0.025～0.045重量％是为了脱氧而添加的成分，使其形成铝的氮化物(AlN)之后再使奥氏体微细化，从而改善钢的冲击韧性。如果其添加量少，就不能获得所需的效果。如果其添加量多，效果又将饱和。因此，将其添加量限制在0.025～0.045重量％范围内效果最理想。即为了防止因锡(TiN) 导致疲劳寿命下降而添加了铝(Al)以代替钛(Ti)。
图2是显示通过依据本发明高频热处理材料的晶粒生长而获得微粒过程的方块图。
如图所示，因伽马(Γ)核生成导致马氏体组织增加，由此贝氏体(Bainite)组织得到控制，同时伽马(Γ)晶粒生长通过低温低频加热得到控制。在这种情况下，通过添加钼在短期内促进伽马(Γ)化，从而可以获得带有超微粒的材料(钢)。
另外，如图1所示，利用高频热处理材料制造的齿轮首先经过热锻步骤(S100)，即将由碳(C)0.50～0.55重量％、硅(Si)0.30～0.50重量％、锰(Mn)0.35～0.55重量％、铜(Cu)0.30重量％以下、镍(Ni)0.25重量％以下、铬(Cr)0.25重量％以下、钼(Mo)0.35～0.45重量％、硼(B)0.002～0.004重量％、铝(Al)0.025～0.045重量％，其余成分都为Fe构成的材料在1200℃条件下加热后进行锻造。
然后，将通过锻造获得的材料经过磨削加工将其加工成齿轮类形态的部件(磨削加工步骤(S200))，接着再把经过磨削加工获得的齿轮类部件加热后进行齿切(轮齿)加工(热前齿切加工步骤(S300))。
然后，经过轮廓高频热处理步骤(S400)，即将齿轮类部件上的齿切部位利用高频进行轮廓热处理。然后，再通过热后加工步骤(S500)制造出经轮廓高频热处理的齿轮类部件。在这种情况下，利用所述高频进行轮廓高频热处理步骤(S400)最好在850～940℃的条件下进行15分钟的热处理。
在上述说明中，通过举例对本发明进行了详细说明。通过上述的说明，本领域熟练技术人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内进行多样的变更以及修改。因此，以上所举实施例仅是为了对本发明进行全面、详细说明，并不限定本发明的范围。