多用炉浅层渗碳工艺及应用
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碳的溶解度是控制炉气的碳势是为了零件表面达到最佳的含碳对于低合金渗碳钢表面要求的渗碳工艺采用两段渗碳工艺时间可以缩短提高渗层质量但在实际渗碳过程中气氛碳势与工件表面碳浓度存在一定差值在薄层渗碳条件下由于渗碳时间短气氛碳势与工件表面碳浓度远未平衡两者的差异相当大因此对于这种热处理后需要进行磨削加工的零件造成表面硬度的不合格曲柄热处理后需要磨削渗碳层中的碳浓度过高碳化物呈网状造成表面脆化力学性能降低渗碳层中的碳浓度高淬火后表面的残余奥氏体量多在磨削的过程中磨削热使残余奥氏体易转变为马氏体成磨削裂纹表面硬度在能达到要求的前提下采用高的回火温度甚至回火两次减少残余奥氏体量和应力以有利于磨削表面含碳量高淬火后形成孪晶马氏体强度高脆性大韧性小造成曲柄在压合后形成延迟裂纹因此浅层渗碳应采用合适的碳势心部硬度渗碳钢的心部硬度对渗碳零件的力学性能有很大影大量的试验和使用证明一些心部硬度过高的小件在使用的过程中易造成脆断而且心部硬度过高疲劳强度下降韧性也不足因此对于小件应加强对心部硬度的检测优化钢材的使用采用含碳量低的材料采用渗后空冷细化心部组织再加热淬火能在很大程度上降低心部硬度残余奥氏体研究表明表面适当的残余奥氏体不会恶化渗碳零件的抗疲劳性能甚至有必要保留适当比例的残余奥氏体残余奥氏体的量如果适当可以抑制淬火显微裂纹的产生曲柄与曲柄销在压合的过程中余奥氏体在剪应力的作用下会引起硬化马氏体转变及渗碳体的析出从而吸收一部分能量防止曲柄由于应力过大而产生裂纹而不发生转变的残余奥氏体可起到缓和因裂纹尖端而引起应力集中的作用余奥氏体本身较软可承受拉伸应力产生的流变利于消除显微裂纹浅层渗碳由于渗碳时间短零件表面的清洁度非常重要表面的杂质对于浅层渗碳的影响比深层渗碳更会造成渗层不均淬火后的表面硬度不足因此渗碳前的清洁度非常重要既可进行预处理预热工件也可以清洁工件表面以提高渗碳零件表面的活性快钢表面吸附碳原子的速度从而保证渗层的均匀性我公司采用盐城丰东热处理有限公司生产的gga型滴注式可控气氛密封箱式多用炉该设备采用了电子调控器
强度高# 脆性大# 韧性小# 造成曲柄在压合后形成延迟 裂纹% 因此浅层渗碳应采用合适的碳势%
)(心部硬度 渗碳钢的心部硬度对渗碳零件的力学性能有很大影 响% 大量的试验和使用证明# 一些心部硬度过高的小件 在使用的过程中易造成脆断) 而且心部硬度过高# 疲劳 强度下降# 韧性也不足# 因此对于小件应加强对心部硬 度的检测% 优化钢材的使用 ! 在保证心部硬度的前提 下# 采用含碳量低的材料"# 采用渗后空冷 ! 细化心部 组织" 再加热淬火# 能在很大程度上降低心部硬度% *(残余奥氏体 研究表明# 表面适当的残余奥氏体不会恶化渗碳 零件的抗疲劳性能# 甚至有必要保留适当比例的残余 奥氏体% 残余奥氏体的量如果适当# 可以抑制淬火显 微裂纹的产生% 曲柄与曲柄销在压合的过程中# 其残 余奥氏体在剪应力的作用下# 会引起硬化$ 马氏体转 变及渗碳体的析出# 从而吸收一部分能量# 防止曲柄 由于应力过大而产生裂纹# 而不发生转变的残余奥氏 体可起到缓和因裂纹尖端而引起应力集中的作用% 残 余奥氏体本身较软# 可承受拉伸应力产生的流变# 有 利于消除显微裂纹% 浅层渗碳由于渗碳时间短# 零件表面的清洁度非常 重要% 表面的杂质对于浅层渗碳的影响比深层渗碳更 大# 会造成渗层不均# 淬火后的表面硬度不足# 因此渗 碳前的清洁度非常重要% 既可进行预处理# 预热工件# 也可以清洁工件表面# 以提高渗碳零件表面的活性# 加 快钢表面吸附碳原子的速度# 从而保证渗层的均匀性% 我公司采用盐城丰东热处理有限公司生产的 gGA, $’’ 型滴注式可控气氛密封箱式多用炉% 该设备采用了 电子调控器$ .CN连续调节的辐射管加热# 炉膛带搅拌 风扇# 用 ’+,9 级的 H型热电偶# 用氧探头测碳势% 设 备 技 术 要 求# 渗 层 在 %11 以 下# 渗 层 偏 差 在 k’+’,911% 由此看来# 对于硬化层在 ’+#’11之内的 要求# 采用这种设备还有一定的难度% 工件的渗层与硬 化层是有区别的# 硬化层还与淬火效果$ 淬火油的选用$ 工件的装夹方式等都有关% 我们采用的是德润宝 ,#: 等 温分级淬火油% 根据以上分析# 工件的装夹方式如图 # 所示% 我们 设计了两套工艺# 工艺一见图 (# 工艺二见图 &% 工件在
工艺一$ 工艺二的检验结果如表 % 所示%
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!!工艺一验证了渗碳温度高$ 渗速快$ 渗碳时间难以
二! 渗碳分析
硬化层 ! 渗碳层"$ 碳浓度梯度 ! 硬 化 层 硬 度 梯 度"$ 心部硬度$ 表面硬度和残余奥氏体对于力学性能 的影响如下%
’(硬化层深度 &渗碳层’ 渗碳层深度主要受渗碳温度$ 渗碳时间和碳势等因 素的影响% 渗碳层的深度的计算可以从 U$ A$ E/JJ=2的 公式中计算出(
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三! 原因分析
采用工艺二# 硬化层超差的现象稍有改善# 但是仍存 在超差现象) 硬化层均匀性也有所改善# 达到 ’+#011% 硬 化层深的工件主要集中在加热室后半部分# 硬化层浅的工 件主要集中在加热室前半部分% 出现这种结果的原因如下(
!%" 通过观察# 在升温排气期不断滴入甲醇# 不进 行任何方面的碳势控制# 滴入甲醇仅起到气氛保护作用 和气氛置换作用# 升温过程中碳势最高可以达到 %+(’) DP# 对于深层渗碳# 渗层的均匀性可能没有太大的影 响# 但对于浅层渗碳的渗层均匀性影响很大%
面硬度$ 心部硬度和硬化层深度有关% 这种曲轴总成中曲柄渗碳的主要目的( 第一# 提高表层的强度# 保证扭矩合格% 第二# 表面渗碳硬化后# 提高疲劳强度% 第三# 表面有一个合理的硬度# 以便于同其他零件
的装配% 第四# 曲柄较小# 有强度韧性要求# 对硬化层$ 碳
浓度梯度 Leabharlann 硬化层硬度梯度"$ 心部硬度$ 表面硬度和 残余奥氏体等要求高%
!!!!! !! 热 处 理 4"$-8%"$-7"/-
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多用炉浅层渗碳工艺及应用
青岛德盛机械制造有限公司! ! 山东!#$$,’9" !郝丰林!姜国华!崔树静
!!某型号曲轴总成由左右曲柄$ 连杆和曲柄销等几种 零件组成 !如图 % 所示"% 这几种零件的材料均为 #’DJ-R# 其热处理工艺为渗碳淬火% 由于工件较小# 因 此要求的硬化层浅# 成品要求 ’+$ *’+:11 !9%&Ec"# 表面 硬 度 要 求 9$ *$&EBD) 热 处 理 工 序 要 求 ’+0 * %+’11 !9%&Ec"# 表面硬度要求 9, *$&EBD% 可以看 出# 这几种零件的渗层均属于浅层渗碳%
热加工
热 处 理"锻 压"铸 造#!$$%年 第 &期 #*&% :
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进炉前进行了 !&,9 k#9"; 6%8 的预处理% 按 : 点测温的方法取件检验硬化层# 如图 9 所示%
控制 的 判 断# 渗 层 容 易 超 差# 硬 化 层 均 匀 性 差 达 到 ’+(:11%
!(" 工件在淬火出炉过程中# 前室的工件首先接触 空气# 温度降得较多# 淬火时温度相对低# 硬化层也就 较浅%
经过分析后对工艺进行修正# 在升温的过程中控制 碳势) 渗碳温度恒定# 不降温) 在淬火时增加一个辅助 工装# 装在最上层靠近中门的工装上 !见图 ## 箭头指 的地方"# 辅助工装如图 $ 所示% 修改后的工艺见图 ,%
一般冷工件进入多用炉吸热# 炉内温度会骤然下降 到 90’;# 开始升温# 升温速率 & *$; "1=># 经过大约 ,’ *:’1=># 达到 :(’;% 在升温的过程中# 由于中门没 有加热器# 升温速度相对较慢# 后室工件相对较快# 因 此后室的工件到温快# 在同样的条件下# 硬化层更深%
!#" 工艺有降温要求# 前室的工件降温快# 后室的 工件降温慢# 因此在降温的过程中后室工件的扩散层要 比前室的深一些%
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经工艺三处理后# 工件的检测结果如表 # 所示% 硬 度梯度见表 (%
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热加工
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4"$-8%"$-7"/- 热 处 理 !!!!! !!
水泵轴全自动感应淬火设备的开发
上海恒精机电设备有限公司! !#’%,’," !韩!旭
为进一步提高水泵轴的强度$ 韧性及疲劳寿命# 越 来越多的国内外汽车厂商采用感应加热技术对水泵轴进 行表面淬火工艺处理% 典型工件工艺要求见图 %% 为适 应汽车行业高质量$ 大批量生产的需求# 我们开发了数 控全自动水泵轴感应淬火设备%
一! 成套设备构成
’(机床部分 机床为卧式双工位结构# 工件由旋转辊全程托载扫 描淬火# 配备自动上下料机构# 以数控系统为核心进行 电气控制# 实现全自动运行% 机床部分结构见图 #% 整机由床身架体$ 进给机构$ 旋转装置$ 自动上下 料机构$ 负载及调节装置等组成% 床身用于承载机床各部件# 其下部兼容淬火液水 槽# 上部为工业铝合金制造# 全封闭结构# 设有调整和
!! " 摘要# !介绍水泵轴全自动淬火设备的系统构成# 工作原理及主要参数% 相比传统淬火工艺% 降低能
耗% 提高产品质量和生产效率% 成套设备达到国际先进技术水平$
!!水泵轴是汽车发动机冷却水泵中的重要运转部件% 现代汽车的水泵轴承是一种简化了的双支承轴承# 取消 普通轴承的内圈# 将轴的表面直接制成轴承的内圈# 从 而减小体积# 加大承载能力%
!(碳浓度梯度 &硬化层硬度梯度’ 硬化层硬度梯度与渗碳层碳浓度梯度有关% 渗碳层 碳浓度梯度与渗碳时的碳势和渗碳时间有关% 对于浅层 渗碳主要是提高零件表面的渗碳反应速度# 由于渗层深 度浅# 碳原子活度大# 扩散速度快# 即使在前期高碳势 气氛下# 渗碳层也较难形成网状碳化物% 渗碳层深度受 碳势影响大# 表层成分波动随气氛波动而较灵敏% 根据碳在奥氏体中的溶解度 ! D") ]’+’’(8X%+&, !09’; $ 8$ :9’;"# 计 算 得 :’’; 碳 的 溶 解 度 是 %+#()) :(’;碳的溶解度是 %+(#)% 控制炉气的碳势是为了零件表面达到最佳的含碳 量# 对 于 低 合 金 渗 碳 钢# 表 面 要 求 9D ]’+,9) * %+’’)) 渗碳 过 程 中 可 以 采 用 一 段 碳 势 ! 恒 碳 势 " # 也可以采用两段碳势 !变碳势" 的渗碳工艺% 采用两 段渗碳# 工艺时间可以缩短# 提高渗层质量# 但在实 际渗碳过程中# 气氛碳势与工件表面碳浓度存在一定 差值% 在薄层渗碳条件下# 由于渗碳时间短# 气氛碳 势与工件表面碳浓度远未平衡# 两者的差异相当大% 因此对于这种热处理后需要进行磨削加工的零件# 会 造成表面硬度的不合格% 曲柄热处理后需要磨削# 渗碳层中的碳浓度过高# 碳化物呈网状# 造成表面脆化# 力学性能降低% 渗碳层 中的碳浓度高# 淬火后表面的残余奥氏体量多# 在磨削 的过程中# 磨削热使残余奥氏体易转变为马氏体# 易形 成磨削裂纹% 表面硬度在能达到要求的前提下# 采用高 的回火温度# 甚至回火两次# 减少残余奥氏体量和应力# 以有利于磨削% 表面含碳量高# 淬火后形成孪晶马氏体#
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热加工
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4"$-8%"$-7"/- 热 处 理 !!!!! !!
较短的时间内就会获得要求的层深% 温度波动对渗碳层 的影响也很大% 对于浅层渗碳更应该提高渗碳温度的控 制精度% 温度高扩散快# 在浅层渗碳中处理的时间短# 层深不易控制# 极易产生偏差) 温度降低后# 碳的扩散 速度减慢# 增大了过程控制的余地# 便于操作处理# 降 低了出现层深超差的几率%
本文主要介绍曲柄热处理工艺的试制过程%
一! 工艺分析
根据以上分析# 要保证曲柄热处理项目合格# 需解 决以下几个问题(
!%" 设备能否保证一炉工件的硬化层都在要求的范 围内%
!#" 热处理后的工件能否有一个合理的碳浓度梯度 !硬化层硬度梯度"# 以保证磨后表面硬度%
!(" 曲柄压合后# 其扭矩能否合格# 与曲柄孔的表
图!%
渗后进行磨削加工# 磨削后的硬度需在要求的范围 内% 左右曲柄$ 连杆和曲柄销经压合后# 有一定的扭矩 要求# 因此曲柄$ 曲柄销之间有一定的过盈量% 连杆$ 曲柄销要求耐磨# 但曲柄不仅要求耐磨# 还要求强度与 韧性之间合适的配合% 曲柄压合后# 曲柄销受的是压应 力# 如果曲柄受的是拉应力# 曲柄的强度与韧性配合将 不好# 曲柄容易开裂%
渗碳层深度增加# 其疲劳寿命会显著提高# 随着渗 碳层深度的增加# 可以增加扭矩# 但冲击韧度严重下降% 渗层的紧束力增加# 使心部材料塑性变形的可能性受到 严重限制) 渗层增加# 相应的扩散层加深# 造成心部含 碳量升高# 淬火后的心部硬度升高# 强度增加# 韧性减 少# 造成曲柄在压合后形成延迟裂纹%
强度高# 脆性大# 韧性小# 造成曲柄在压合后形成延迟 裂纹% 因此浅层渗碳应采用合适的碳势%
)(心部硬度 渗碳钢的心部硬度对渗碳零件的力学性能有很大影 响% 大量的试验和使用证明# 一些心部硬度过高的小件 在使用的过程中易造成脆断) 而且心部硬度过高# 疲劳 强度下降# 韧性也不足# 因此对于小件应加强对心部硬 度的检测% 优化钢材的使用 ! 在保证心部硬度的前提 下# 采用含碳量低的材料"# 采用渗后空冷 ! 细化心部 组织" 再加热淬火# 能在很大程度上降低心部硬度% *(残余奥氏体 研究表明# 表面适当的残余奥氏体不会恶化渗碳 零件的抗疲劳性能# 甚至有必要保留适当比例的残余 奥氏体% 残余奥氏体的量如果适当# 可以抑制淬火显 微裂纹的产生% 曲柄与曲柄销在压合的过程中# 其残 余奥氏体在剪应力的作用下# 会引起硬化$ 马氏体转 变及渗碳体的析出# 从而吸收一部分能量# 防止曲柄 由于应力过大而产生裂纹# 而不发生转变的残余奥氏 体可起到缓和因裂纹尖端而引起应力集中的作用% 残 余奥氏体本身较软# 可承受拉伸应力产生的流变# 有 利于消除显微裂纹% 浅层渗碳由于渗碳时间短# 零件表面的清洁度非常 重要% 表面的杂质对于浅层渗碳的影响比深层渗碳更 大# 会造成渗层不均# 淬火后的表面硬度不足# 因此渗 碳前的清洁度非常重要% 既可进行预处理# 预热工件# 也可以清洁工件表面# 以提高渗碳零件表面的活性# 加 快钢表面吸附碳原子的速度# 从而保证渗层的均匀性% 我公司采用盐城丰东热处理有限公司生产的 gGA, $’’ 型滴注式可控气氛密封箱式多用炉% 该设备采用了 电子调控器$ .CN连续调节的辐射管加热# 炉膛带搅拌 风扇# 用 ’+,9 级的 H型热电偶# 用氧探头测碳势% 设 备 技 术 要 求# 渗 层 在 %11 以 下# 渗 层 偏 差 在 k’+’,911% 由此看来# 对于硬化层在 ’+#’11之内的 要求# 采用这种设备还有一定的难度% 工件的渗层与硬 化层是有区别的# 硬化层还与淬火效果$ 淬火油的选用$ 工件的装夹方式等都有关% 我们采用的是德润宝 ,#: 等 温分级淬火油% 根据以上分析# 工件的装夹方式如图 # 所示% 我们 设计了两套工艺# 工艺一见图 (# 工艺二见图 &% 工件在
工艺一$ 工艺二的检验结果如表 % 所示%
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二! 渗碳分析
硬化层 ! 渗碳层"$ 碳浓度梯度 ! 硬 化 层 硬 度 梯 度"$ 心部硬度$ 表面硬度和残余奥氏体对于力学性能 的影响如下%
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三! 原因分析
采用工艺二# 硬化层超差的现象稍有改善# 但是仍存 在超差现象) 硬化层均匀性也有所改善# 达到 ’+#011% 硬 化层深的工件主要集中在加热室后半部分# 硬化层浅的工 件主要集中在加热室前半部分% 出现这种结果的原因如下(
!%" 通过观察# 在升温排气期不断滴入甲醇# 不进 行任何方面的碳势控制# 滴入甲醇仅起到气氛保护作用 和气氛置换作用# 升温过程中碳势最高可以达到 %+(’) DP# 对于深层渗碳# 渗层的均匀性可能没有太大的影 响# 但对于浅层渗碳的渗层均匀性影响很大%
面硬度$ 心部硬度和硬化层深度有关% 这种曲轴总成中曲柄渗碳的主要目的( 第一# 提高表层的强度# 保证扭矩合格% 第二# 表面渗碳硬化后# 提高疲劳强度% 第三# 表面有一个合理的硬度# 以便于同其他零件
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一般冷工件进入多用炉吸热# 炉内温度会骤然下降 到 90’;# 开始升温# 升温速率 & *$; "1=># 经过大约 ,’ *:’1=># 达到 :(’;% 在升温的过程中# 由于中门没 有加热器# 升温速度相对较慢# 后室工件相对较快# 因 此后室的工件到温快# 在同样的条件下# 硬化层更深%
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水泵轴全自动感应淬火设备的开发
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为进一步提高水泵轴的强度$ 韧性及疲劳寿命# 越 来越多的国内外汽车厂商采用感应加热技术对水泵轴进 行表面淬火工艺处理% 典型工件工艺要求见图 %% 为适 应汽车行业高质量$ 大批量生产的需求# 我们开发了数 控全自动水泵轴感应淬火设备%
一! 成套设备构成
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!!水泵轴是汽车发动机冷却水泵中的重要运转部件% 现代汽车的水泵轴承是一种简化了的双支承轴承# 取消 普通轴承的内圈# 将轴的表面直接制成轴承的内圈# 从 而减小体积# 加大承载能力%
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本文主要介绍曲柄热处理工艺的试制过程%
一! 工艺分析
根据以上分析# 要保证曲柄热处理项目合格# 需解 决以下几个问题(
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!(" 曲柄压合后# 其扭矩能否合格# 与曲柄孔的表
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渗后进行磨削加工# 磨削后的硬度需在要求的范围 内% 左右曲柄$ 连杆和曲柄销经压合后# 有一定的扭矩 要求# 因此曲柄$ 曲柄销之间有一定的过盈量% 连杆$ 曲柄销要求耐磨# 但曲柄不仅要求耐磨# 还要求强度与 韧性之间合适的配合% 曲柄压合后# 曲柄销受的是压应 力# 如果曲柄受的是拉应力# 曲柄的强度与韧性配合将 不好# 曲柄容易开裂%
渗碳层深度增加# 其疲劳寿命会显著提高# 随着渗 碳层深度的增加# 可以增加扭矩# 但冲击韧度严重下降% 渗层的紧束力增加# 使心部材料塑性变形的可能性受到 严重限制) 渗层增加# 相应的扩散层加深# 造成心部含 碳量升高# 淬火后的心部硬度升高# 强度增加# 韧性减 少# 造成曲柄在压合后形成延迟裂纹%