本发明涉及金属材料热处理，尤其是涉及一种渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺。
背景技术：
1、由于存在频繁过载、偏载和冲击等极端载荷作用，盾构机、采煤机等地下工程装备驱动系统中的齿轮经常发生断齿等现象，一旦发生断齿失效将直接导致设备停机甚至报废，严重影响设备和施工安全，因此，如何避免齿轮发生断齿失效是齿轮生产中的重中之重。
2、传统齿轮钢的热处理工艺主要包括渗碳淬火、渗氮、感应淬火等，其中，渗碳淬火硬化层深、齿面硬度高，齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，承载能力高，综合性能优异，因此，地下工程装备驱动系统齿轮在生产时常选用渗碳淬火热处理工艺。
3、但对于强冲击环境下的齿轮，如大功率采煤机受冲击载荷和超载严重的截割部齿轮等，传统渗碳淬火工艺所能达到的冲击韧性仍无法满足要求，强冲击断齿现象频发，因此需要进一步提高该类齿轮的冲击韧性。
4、有学者对该类断齿面进行分析，发现断裂部位多发生在齿根处，通过对断齿断口进行宏观检查，其呈现强冲击脆性断裂特征，并未见疲劳扩展痕迹。又有学者针对采煤机行走轮渗碳处理后断齿部位显微组织进行研究，发现心部硬度过高导致行走轮的抗冲击性及断裂韧性较低，是出现齿根断裂的主要原因之一。
5、因此，行业内的研究热点目前集中在：如何在齿轮表面保持较高硬度的情况下，进一步提高齿轮心部的韧性，从而降低齿轮的断齿失效几率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供一种渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，具体可采取如下技术方案：
2、本发明所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，包括如下步骤：
3、第一步，将待处理工件放入渗碳炉中，通入保护气，保持炉内温度930℃，碳势1.0-1.2% c，经历强渗期、第一扩散期、第二扩散期后，将炉温降至820~830℃保温处理2.5h后空冷，之后进行两次650℃回火处理，每次回火时间均为5h，回火后均采用空冷降温，得到渗碳工件；
4、第二步，将第一步得到的渗碳工件缓慢升温至850℃，碳势0.85%c，保温0.5h使其完全奥氏体化，之后立即送入210~270℃的盐炉保温5~10min进行配分，接着再送入510~570℃的盐炉进行配分回火处理10~20min，水冷降温后，再在-60℃进行冷处理2h，最后将工件进行180℃回火处理8h，冷却至室温，至此完成全部工艺流程。
5、优选地，所述待处理工件为18cr2ni4wa制成的金属齿轮。
6、优选地，所述保护气采用氮甲醇+丙烷，强渗期为14h，第一扩散期为5h，第二扩散期为8h。
7、进一步地，所述渗碳工件的渗碳层厚度为2.592mm。
8、优选地，所述渗碳工件进行配分处理的温度为240℃，时间为10min；进行配分回火的温度为570℃，时间为10min。
9、优选地，所述渗碳工件进行配分处理的温度为210℃，时间为10min；进行配分回火的温度为570℃，时间为15min。
10、优选地，所述渗碳工件进行配分处理的温度为270℃，时间为5min；进行配分回火的温度为570℃，时间为15min。
11、本发明的作用对象主要用于采煤机行走轮，目前国内大功率采煤机受冲击载荷和超载严重的截割部齿轮基本上均选用淬透好、承载能力高、抗冲击的18cr2ni4wa 制造，其含碳量较低，介于0.1~0.25%之间，在经过渗碳处理后，表面能够获得较高的硬度和耐磨性，但经常规渗碳淬火工艺处理后的齿轮不能满足较大载荷和较强冲击，仍会发生断齿现象。研究人员对渗碳工件从表层到心部的碳浓度进行了全面测定，突破性地将常规用于均质材料中的配分工艺与渗碳工艺相结合，充分考虑渗碳工件的碳浓梯度，利用不同的碳浓度对应不同马氏体相变开始温度（ms）及相变结束温度（mf），合理选择配分温度，从而使碳浓度较低、ms温度较高的工件心部在温度降低的过程中，快速发生马氏体相变，由于面心立方的奥氏体比体心立方的马氏体具有更高的碳溶解度，此时过饱和马氏体相中的碳原子会向奥氏体相扩散，从而使碳原子在奥氏体中富集，获得富碳奥氏体，此种组织具有良好的塑韧性；同时，碳浓度较高、ms温度较低的工件表面在此温度下，不发生马氏体相变，即工件表面不受配分工艺的影响，不降低硬度，而心部进行了配分变化，硬度下降，韧性提升，使工件能够适应高载荷、高冲击的工作环境。
12、本发明所采用的18cr2ni4wa能够确保渗碳工件心部具有优良的韧性和塑性。在后续配分过程中，低碳合金钢中的合金元素比如ni（＜4.5%）、cr（＜2%）、mn（＜2%）等能够有效提高钢的淬透性，并使渗碳工件的心部组织及性能得到改善，同时ni 对于渗碳层质量有良好影响，更能使渗碳层的强度、塑性及韧性得到较大提升，从而使合金渗碳钢心部获得很好的强化效果。
13、综上所述，本发明提供的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，首先对金属工件进行渗碳处理，得到由表面到心部ms、mf相差较大（即渗碳齿轮表面ms、mf高，心部ms、mf低）、具有碳浓度梯度的渗碳工件，之后在表面ms和心部ms之间进行冷却配分，从而得到兼具表面高硬度渗碳淬火组织和心部高韧性配分组织的工件，该工件表面接触强度高、耐磨性较好，整体抗弯强度和承载能力高，具有较强的抗冲击韧性，能够大大减少断齿失效等事故，提高地下工程装备的工作稳定性。
1.一种渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述待处理工件为18cr2ni4wa制成的金属齿轮。
3.根据权利要求1所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述保护气采用氮甲醇+丙烷，强渗期为14h，第一扩散期为5h，第二扩散期为8h。
4.根据权利要求3所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述渗碳工件的渗碳层厚度为2.592mm。
5.根据权利要求1所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述渗碳工件进行配分处理的温度为240℃，时间为10min；进行配分回火的温度为570℃，时间为10min。
6.根据权利要求1所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述渗碳工件进行配分处理的温度为210℃，时间为10min；进行配分回火的温度为570℃，时间为15min。
7.根据权利要求1所述的渗碳工件的淬火配分回火热处理工艺，其特征在于：所述渗碳工件进行配分处理的温度为270℃，时间为5min；进行配分回火的温度为570℃，时间为15min。
