【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬材料，尤其涉及一種高耐磨性重載齒輪用鋼及其制備方法。
技術介紹
1、隨著工業技術的飛速發展，重載齒輪作為傳動系統中的關鍵部件，其性能直接關系到機械設備的工作效率、運行穩定性和使用壽命。在極端工況下，重載齒輪面臨著嚴峻的摩擦磨損挑戰，導致傳動效率下降甚至失效，傳統的重載齒輪用鋼熱處理工藝已難以滿足日益增長的耐磨性需求。
2、傳統重載齒輪用鋼主要通過單一的滲碳或滲氮熱處理工藝提高耐磨性。滲碳熱處理工藝通過高溫富碳環境使活性碳原子滲入鋼的表面，形成高碳的滲層組織，使表面具有較高的硬度和強韌性，然而滲碳工藝在重載齒輪用鋼的應用中仍面臨耐磨性不足等問題。滲氮熱處理工藝能夠在較低的溫度下形成富氮硬化層，提升表面硬度和耐磨性，但存在滲層較薄且脆等問題。因此，開發重載齒輪用鋼新型熱處理工藝方法，使重載齒輪用鋼的耐磨性得到顯著提高，成為提升機械設備整體性能、降低維護成本、延長使用壽命的重要途徑，這對于推動我國高端裝備制造業發展具有重要意義。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種高耐磨性重載齒輪用鋼及其制備方法，將滲碳處理和碳氮共滲處理相結合，形成高碳的滲層組織，并引入碳和氮元素，形成更加復雜的化合物層；另外還結合高溫回火、高溫油淬、深冷處理和低溫回火等工序進行組織調控，相比于現有工藝制備的重載齒輪用鋼，摩擦系數降低70％以上，磨損體積降低80％以上。
2、本專利技術的第一個目的是提供一種高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，包括以下步驟：p>
3、s1、將重載齒輪用鋼于925℃-935℃進行兩階段滲碳處理；所述兩階段滲碳處理包括第一強滲期和第一擴散期；
4、s2、將s1得到的重載齒輪用鋼于845℃-870℃進行兩階段碳氮共滲處理；所述兩階段碳氮共滲處理包括第二強滲期和第二擴散期；
5、s3、對s2得到的重載齒輪用鋼進行高溫回火處理；
6、s4、對s3得到的重載齒輪用鋼進行淬火處理；
7、s5、對s4得到的重載齒輪用鋼進行深冷處理和低溫回火處理，得到所述的高耐磨性重載齒輪用鋼。
8、在本專利技術的一個實施例中，在s1中，所述重載齒輪用鋼的元素組成及其質量百分比為：c?0.18％-0.19％、si?0.32％-0.37％、mn?0.56％-0.60％、p?0-0.008％、s?0-0.006％、cr?1.58％-1.63％、ni?4.42％-4.49％、w?1.12％-1.18％，余量為其他不可避免的雜質和鐵。
9、在本專利技術的一個實施例中，在s1中，所述第一強滲期的碳勢為1.5wt％-1.6wt％，時間為185h-222h；第一擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為35h-48h。
10、在本專利技術的一個實施例中，在s2中，所述第二強滲期的碳勢為1.1wt％-1.2wt％，時間為24h-28h，氨氣流量為5l/min-7l/min；第二擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為6h-8h，氨氣流量為5l/min-7l/min。
11、在本專利技術的一個實施例中，在s3中，所述高溫回火處理的溫度為640℃-645℃，時間為3h-4h，次數為1-2次。
12、在本專利技術的一個實施例中，在s3中，所述高溫回火處理是在氮氣保護下進行的。
13、在本專利技術的一個實施例中，在s4中，所述淬火處理的溫度為820℃-825℃，保溫時間為60min-75min，碳勢為0.8wt％-0.9wt％，方式為油淬。
14、在本專利技術的一個實施例中，在s5中，所述深冷處理的溫度為-196℃至-150℃，時間為1h-2h，確保硬化層中殘余奧氏體體積分數降至3.0％以下，以提高重載齒輪用鋼的耐磨性。
15、在本專利技術的一個實施例中，在s5中，所述低溫回火處理的溫度為180℃-200℃，時間為3h-4h。
16、本專利技術的第二個目的是提供一種所述的方法制備的高耐磨性重載齒輪用鋼。
17、本專利技術的技術方案相比現有技術具有以下優點：
18、(1)本專利技術所述的制備方法將滲碳處理和碳氮共滲處理相結合，提高了表層碳濃度來促進碳化物形成，并引入氮原子在表層獲得了含氮馬氏體，形成了更加復雜的化合物層，利用高密度、大尺寸碳化物的析出強化和碳、氮原子的固溶強化作用，有效提高了重載齒輪用鋼的耐磨性。
19、(2)本專利技術所述的制備方法未在滲碳處理和碳氮共滲處理之間進行高溫回火處理，可利用滲碳冷卻后的高密度位錯作為碳、氮原子的擴散通道，顯著促進碳氮共滲過程中碳、氮元素的滲入，結合碳氮共滲后的高溫回火、高溫油淬、深冷處理和低溫回火等工序進行組織調控，在表層獲得針狀馬氏體+碳化物+少量氮化物+極少量殘余奧氏體的顯微組織。
20、(3)本專利技術所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的平均摩擦系數為0.13-0.15，磨損體積為0.23mm3-0.26mm3；相比于現有工藝制備的重載齒輪用鋼，平均摩擦系數降低了71.2％-75.0％，磨損體積降低了80.3％-82.6％，耐磨性大幅提升。
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1.一種高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S1中，所述重載齒輪用鋼的元素組成及其質量百分比為：C?0.18％-0.19％、Si?0.32％-0.37％、Mn0.56％-0.60％、P?0-0.008％、S?0-0.006％、Cr?1.58％-1.63％、Ni?4.42％-4.49％、W1.12％-1.18％，余量為其他不可避免的雜質和鐵。
3.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S1中，所述第一強滲期的碳勢為1.5wt％-1.6wt％，時間為185h-222h；第一擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為35h-48h。
4.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S2中，所述第二強滲期的碳勢為1.1wt％-1.2wt％，時間為24h-28h，氨氣流量為5L/min-7L/min；第二擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為6h-8h，氨氣流量為5L/min-7L/min。>
5.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S3中，所述高溫回火處理的溫度為640℃-645℃，時間為3h-4h，次數為1-2次。
6.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S3中，所述高溫回火處理是在氮氣保護下進行的。
7.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S4中，所述淬火處理的溫度為820℃-825℃，保溫時間為60min-75min，碳勢為0.8wt％-0.9wt％，方式為油淬。
8.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S5中，所述深冷處理的溫度為-196℃至-150℃，時間為1h-2h。
9.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在S5中，所述低溫回火處理的溫度為180℃-200℃，時間為3h-4h。
10.一種權利要求1-9任一項所述的方法制備的高耐磨性重載齒輪用鋼。
...【技術特征摘要】
1.一種高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在s1中，所述重載齒輪用鋼的元素組成及其質量百分比為：c?0.18％-0.19％、si?0.32％-0.37％、mn0.56％-0.60％、p?0-0.008％、s?0-0.006％、cr?1.58％-1.63％、ni?4.42％-4.49％、w1.12％-1.18％，余量為其他不可避免的雜質和鐵。
3.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在s1中，所述第一強滲期的碳勢為1.5wt％-1.6wt％，時間為185h-222h；第一擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為35h-48h。
4.根據權利要求1所述的高耐磨性重載齒輪用鋼的制備方法，其特征在于，在s2中，所述第二強滲期的碳勢為1.1wt％-1.2wt％，時間為24h-28h，氨氣流量為5l/min-7l/min；第二擴散期的碳勢為0.9wt％-1.0wt％，時間為6h-8...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜尊重，陳其源，趙麗員，王曉南，王雷，張慶宇，濮曄，沈鑫珺，殷文蘭，
申請(專利權)人：常熟天地煤機裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：
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