低碳马氏体在气铲零件上的应用
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ｎｔ
Ｌ 垫丝里．
低 碳 马 氏体 在气 铲 零件 上 的应 用
徐州三刃风动工具有 限公 司 （ 江苏 ２ １０ ） 顾 ２ ０４ 喜
低碳 马氏体也 称板 条马 氏体 、位错 马 氏体 、块状 马 氏体 、立 方 马 氏体 及高 温 马 氏体 等 ．其 硬 度 为 ４ ５～
５Ｈ Ｃ ０ Ｒ ，屈服强度达 １０ ０ ０～１０ ＭＰ ，抗拉强 度 １０ ３０ ａ ２ ０～
间较短 ， 组织应力与热应力 同时 作用 下基 本上不发生涨
缩现象。随着零件壁厚的增 加，内外 层马氏体转变相差 时间增长 ，当外表层冷 到 点以下时 ，表层开始马 氏体
转变 ，体积膨胀 ，内表层受 到来 自外层 的拉应 力，产生
了塑性拉长 ，使 内孔涨大，壁厚越 厚组织应力越大 ，内 孔涨大量也越大 ，因阀柜壁 厚比缸套厚 ，所以 阀柜涨大
（ ）阀柜垫圈 （ 图 １ １ 见 ） 工作条件 ：主要受阀多
次冲击 （ 每分钟 １０ ５ ０次 ） 。为 了保 证一 定 的冲击韧度 ，
阀 ２ Ｃ Ｏｒ 阀柜 垫 圈 Ｑ ３ ２５
８０ ８ ９０ ２
４ ３
４ ５ ８～ ２ ４ ０～４ ７
马 氏体 马 氏体
参磊 工￣ｎ 处 锌ｍ ｅｔ 年ｉ ｇ 期０．ｃｏｍ ｊｌ 锻 造２７ 第１ － － 热 ０ｏ ｋ ｎ １ ＷＷＷ． ａ１ ｗｏｒ ７ ９５
径。
（ ） 阀 （ 图 ２ 其工作条件主要是在 阀柜 内与 ２ 见 ） 阀柜做相对往复运 动 ，磨损 大并 伴有 冲击 （ 每分钟 １０ ５０ 次） 。为 了保证 一定 的冲击韧度 ，不得 不将渗 碳淬火 后 回火 温 度 提 高 至 ３ ０Ｃ，但 寿 命 仍 然 很 低 ，经 常 在 １￣ ４ ０ ５ ｍ圆柱面出现破碎 ，腰槽处发生脆性 断裂。 ， ．ｒ ３ ａ
低碳 马氏体这些性能上 的优越性 ，引起 了工程技 术
界的重视 ，在 国 内外 已得 到多方 面的应 用 。从 １６ ９４年
以来 ，在汽车 、铁道车辆 、石油钻井 机械和矿 山机械等
行业 中 ， 应用低碳马 氏体在 节约钢材 、减 轻重量 、延 长 使用 寿命 、 降低成本等方面取得 了显著成效 。我ｉｘ气 ｆ￣ ３
一
磨加工后无法保证零件渗层 的均 匀性 ，硬度也不 能保 证
在 ４ ４ ＨＲ 。在实际工作 中垫圈常被 阀冲击 打出一个 ０～ ５ Ｃ
较深 的凹槽 ，使用寿命 低。
般情况 下 ，Ｗ， ０ １ ％ ～ ． ５ 的 钢淬 火 强化 效果 ＝ ． ５ ０２ ％
图 １ 阀柜垫圈
好 ，综合力学性 能 高 ，是 充 分发 挥 材料 潜 力 的有 效途
① 压溃试验 。试验是 在 ２ｔ 料试验机 上进 行的。 ５材
试样放置见 图 ３ ，试验 结果 见表 ３ 。试 验表 明，渗 碳 阀 的压溃强度低 ，平均 破裂 压力 只有 １ １ｔ ．５ ，而低碳 马 氏 体的阀平均破裂压力高达 ２ ８。渗碳 阀压 裂前几乎无变 ．ｔ 形 ，压裂后成两半 ，为脆性 断裂 ；而低碳 马氏体阀开裂
■■处●■ ■■●望 ■■■■■ 垄 ■■■ｉ ■ ■■■ ■＿ ■－ ■ ■
２ 试验分析 ．
（ ） 改进后工艺状况分析 由于低 碳钢淬透性 差 ， １
阀柜和钢套椭圆度均很小 ，仅 ００ｍ ．５ ｍ左右。
我们认 为，薄壁零件阀，内外层 马氏体转变相差时
必须采用强烈冷却方法 ， 这是低碳钢获得全部 马氏体 的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工件锈蚀 ，保持工件表面光亮 ，但操作 时不安全 ，故我
现象 比 钢套严重。同时还有 如下规律 ，即壁厚越厚 ，变
形 （ 椭圆度 ）越小。 （ ）性能分析 ３
们采用冷却能力强的 １％ＮＣ 水溶液进行淬火 。 ０ ａ１
采用 静 止 的 １ ％ 盐 水 ，水 温 控 制 在 ４ ℃ 之 内 ， ０ ０ Ｑ３ ２５阀 柜 垫 圈 、２ Ｃ ０ ｒ阀 、阀 柜 （ 大 段 面 厚 度 为 最
技 术 要 求
热 处 理 工 艺 ９ ０ 气 体 渗 碳 ２℃
渗 碳 ０ ２～０４ ． ． ｍｍ
二、改进 后工艺及试验分析
１ ．改进后工艺 （ 见表 ２ ）
表 ２ 改 进 后 工 艺
零 件
加热温度 保温时间 材 料
／ ℃
硬度
金 相 组 织
ＨＲＣ
２ ．存在 问题分析
重要条件。 在 ６ ０～５０Ｃ温 度区域 ，１％Ｎ Ｃ ５ ５ｏ ０ ａ １水溶 液或 １％ ０ ＮＯ ａ Ｈ水溶液的平均冷却速 度达 １０ ￣／ 。假设 以 ２ ￣ １０Ｃ ｓ ０Ｃ 静止水冷 却能 力 为 １ ，那 么 １ ％Ｎ Ｏ ０ ａ Ｈ水 溶 液 为 １２ ．，
１％Ｎ Ｃ ０ ａ １水溶液为 １２ 。１ ％Ｎ Ｏ ．３ ０ ａ Ｈ水溶液虽然能防止
渗碳淬火后 回火温 度提高 至 ４ ０ １ ℃。此时零 件所处 的组 织状态为 回火索 氏体 ，呈两相组 织 ，耐磨性 较低 ，加之 零件薄 ，经过这样 一个复 杂 的热处 理工 艺后 变形较 大 ，
１０ ＭＰ ，具有好的 塑性 （ ６０ ａ Ａ≥１％ ，Ｚ≥４ ％ ） ０ ０ 、韧 性 （ ￣５ Ｊ ，良好 的冷 加工性 、焊接性 ，以及热处理 畸 Ａ ＞ ９） 变小等优点。 凡是 ＜０ ２ ％的非合 金钢 （ ．５ 碳素 钢 ）或低 碳低 合金 结 构 钢 ，经 强 烈 淬 火 后 ，获 得 ８ ％ 以 上 甚 至 ０ １０ ０ ％的低碳马 氏组 织 ，这类 钢 统称 为 低碳 马 氏体 钢 。
铲 中几种渗碳零件阀 、阀柜垫圈 、阀柜 和钢套 ４种 零件
进行 了试验改进 ，并取得 了 良好 的效果 。下面 重点介绍
阀和阀柜垫圈 的试验情况 。
一
、
改进前工艺及问题分析
１ ．改进前工艺 （ 见表 １ ）
表 １ 改进 前 工 艺
图２ 阀
零 件 名 称 材 料
阀 ２ Ｃ ０ｒ 淬火４ ０～５ ＨＲ ８０ 淬 火 ，３Ｏ 回 火 ０ Ｃ ２℃ １℃ 渗 碳 ｏ ３～ｏ ５ｌｌ ． ． ｌｌ ｒｌ ｌ ｒ ９ ０Ｃ气 体 渗 碳 ２￣ 阀 柜 垫 圈 Ｑ ３ ２５ 淬 火 ４ ４ Ｈ Ｃ ８０ 淬 火 ，４ ０ 回 火 Ｏ一 ５ Ｒ ２ ℃ ｌ℃
Ｌ 垫丝里．
低 碳 马 氏体 在气 铲 零件 上 的应 用
徐州三刃风动工具有 限公 司 （ 江苏 ２ １０ ） 顾 ２ ０４ 喜
低碳 马氏体也 称板 条马 氏体 、位错 马 氏体 、块状 马 氏体 、立 方 马 氏体 及高 温 马 氏体 等 ．其 硬 度 为 ４ ５～
５Ｈ Ｃ ０ Ｒ ，屈服强度达 １０ ０ ０～１０ ＭＰ ，抗拉强 度 １０ ３０ ａ ２ ０～
间较短 ， 组织应力与热应力 同时 作用 下基 本上不发生涨
缩现象。随着零件壁厚的增 加，内外 层马氏体转变相差 时间增长 ，当外表层冷 到 点以下时 ，表层开始马 氏体
转变 ，体积膨胀 ，内表层受 到来 自外层 的拉应 力，产生
了塑性拉长 ，使 内孔涨大，壁厚越 厚组织应力越大 ，内 孔涨大量也越大 ，因阀柜壁 厚比缸套厚 ，所以 阀柜涨大
（ ）阀柜垫圈 （ 图 １ １ 见 ） 工作条件 ：主要受阀多
次冲击 （ 每分钟 １０ ５ ０次 ） 。为 了保 证一 定 的冲击韧度 ，
阀 ２ Ｃ Ｏｒ 阀柜 垫 圈 Ｑ ３ ２５
８０ ８ ９０ ２
４ ３
４ ５ ８～ ２ ４ ０～４ ７
马 氏体 马 氏体
参磊 工￣ｎ 处 锌ｍ ｅｔ 年ｉ ｇ 期０．ｃｏｍ ｊｌ 锻 造２７ 第１ － － 热 ０ｏ ｋ ｎ １ ＷＷＷ． ａ１ ｗｏｒ ７ ９５
径。
（ ） 阀 （ 图 ２ 其工作条件主要是在 阀柜 内与 ２ 见 ） 阀柜做相对往复运 动 ，磨损 大并 伴有 冲击 （ 每分钟 １０ ５０ 次） 。为 了保证 一定 的冲击韧度 ，不得 不将渗 碳淬火 后 回火 温 度 提 高 至 ３ ０Ｃ，但 寿 命 仍 然 很 低 ，经 常 在 １￣ ４ ０ ５ ｍ圆柱面出现破碎 ，腰槽处发生脆性 断裂。 ， ．ｒ ３ ａ
低碳 马氏体这些性能上 的优越性 ，引起 了工程技 术
界的重视 ，在 国 内外 已得 到多方 面的应 用 。从 １６ ９４年
以来 ，在汽车 、铁道车辆 、石油钻井 机械和矿 山机械等
行业 中 ， 应用低碳马 氏体在 节约钢材 、减 轻重量 、延 长 使用 寿命 、 降低成本等方面取得 了显著成效 。我ｉｘ气 ｆ￣ ３
一
磨加工后无法保证零件渗层 的均 匀性 ，硬度也不 能保 证
在 ４ ４ ＨＲ 。在实际工作 中垫圈常被 阀冲击 打出一个 ０～ ５ Ｃ
较深 的凹槽 ，使用寿命 低。
般情况 下 ，Ｗ， ０ １ ％ ～ ． ５ 的 钢淬 火 强化 效果 ＝ ． ５ ０２ ％
图 １ 阀柜垫圈
好 ，综合力学性 能 高 ，是 充 分发 挥 材料 潜 力 的有 效途
① 压溃试验 。试验是 在 ２ｔ 料试验机 上进 行的。 ５材
试样放置见 图 ３ ，试验 结果 见表 ３ 。试 验表 明，渗 碳 阀 的压溃强度低 ，平均 破裂 压力 只有 １ １ｔ ．５ ，而低碳 马 氏 体的阀平均破裂压力高达 ２ ８。渗碳 阀压 裂前几乎无变 ．ｔ 形 ，压裂后成两半 ，为脆性 断裂 ；而低碳 马氏体阀开裂
■■处●■ ■■●望 ■■■■■ 垄 ■■■ｉ ■ ■■■ ■＿ ■－ ■ ■
２ 试验分析 ．
（ ） 改进后工艺状况分析 由于低 碳钢淬透性 差 ， １
阀柜和钢套椭圆度均很小 ，仅 ００ｍ ．５ ｍ左右。
我们认 为，薄壁零件阀，内外层 马氏体转变相差时
必须采用强烈冷却方法 ， 这是低碳钢获得全部 马氏体 的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工件锈蚀 ，保持工件表面光亮 ，但操作 时不安全 ，故我
现象 比 钢套严重。同时还有 如下规律 ，即壁厚越厚 ，变
形 （ 椭圆度 ）越小。 （ ）性能分析 ３
们采用冷却能力强的 １％ＮＣ 水溶液进行淬火 。 ０ ａ１
采用 静 止 的 １ ％ 盐 水 ，水 温 控 制 在 ４ ℃ 之 内 ， ０ ０ Ｑ３ ２５阀 柜 垫 圈 、２ Ｃ ０ ｒ阀 、阀 柜 （ 大 段 面 厚 度 为 最
技 术 要 求
热 处 理 工 艺 ９ ０ 气 体 渗 碳 ２℃
渗 碳 ０ ２～０４ ． ． ｍｍ
二、改进 后工艺及试验分析
１ ．改进后工艺 （ 见表 ２ ）
表 ２ 改 进 后 工 艺
零 件
加热温度 保温时间 材 料
／ ℃
硬度
金 相 组 织
ＨＲＣ
２ ．存在 问题分析
重要条件。 在 ６ ０～５０Ｃ温 度区域 ，１％Ｎ Ｃ ５ ５ｏ ０ ａ １水溶 液或 １％ ０ ＮＯ ａ Ｈ水溶液的平均冷却速 度达 １０ ￣／ 。假设 以 ２ ￣ １０Ｃ ｓ ０Ｃ 静止水冷 却能 力 为 １ ，那 么 １ ％Ｎ Ｏ ０ ａ Ｈ水 溶 液 为 １２ ．，
１％Ｎ Ｃ ０ ａ １水溶液为 １２ 。１ ％Ｎ Ｏ ．３ ０ ａ Ｈ水溶液虽然能防止
渗碳淬火后 回火温 度提高 至 ４ ０ １ ℃。此时零 件所处 的组 织状态为 回火索 氏体 ，呈两相组 织 ，耐磨性 较低 ，加之 零件薄 ，经过这样 一个复 杂 的热处 理工 艺后 变形较 大 ，
１０ ＭＰ ，具有好的 塑性 （ ６０ ａ Ａ≥１％ ，Ｚ≥４ ％ ） ０ ０ 、韧 性 （ ￣５ Ｊ ，良好 的冷 加工性 、焊接性 ，以及热处理 畸 Ａ ＞ ９） 变小等优点。 凡是 ＜０ ２ ％的非合 金钢 （ ．５ 碳素 钢 ）或低 碳低 合金 结 构 钢 ，经 强 烈 淬 火 后 ，获 得 ８ ％ 以 上 甚 至 ０ １０ ０ ％的低碳马 氏组 织 ，这类 钢 统称 为 低碳 马 氏体 钢 。
铲 中几种渗碳零件阀 、阀柜垫圈 、阀柜 和钢套 ４种 零件
进行 了试验改进 ，并取得 了 良好 的效果 。下面 重点介绍
阀和阀柜垫圈 的试验情况 。
一
、
改进前工艺及问题分析
１ ．改进前工艺 （ 见表 １ ）
表 １ 改进 前 工 艺
图２ 阀
零 件 名 称 材 料
阀 ２ Ｃ ０ｒ 淬火４ ０～５ ＨＲ ８０ 淬 火 ，３Ｏ 回 火 ０ Ｃ ２℃ １℃ 渗 碳 ｏ ３～ｏ ５ｌｌ ． ． ｌｌ ｒｌ ｌ ｒ ９ ０Ｃ气 体 渗 碳 ２￣ 阀 柜 垫 圈 Ｑ ３ ２５ 淬 火 ４ ４ Ｈ Ｃ ８０ 淬 火 ，４ ０ 回 火 Ｏ一 ５ Ｒ ２ ℃ ｌ℃