CN101580926A - 活塞杆盐浴热处理工艺 - Google Patents

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张希铭
左殿芳
张立智
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Abstract

本发明涉及一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：活塞杆初加工、活塞杆表面热处理。活塞杆表面热处理工艺重点在于先对活塞杆表面进行氮化处理，然后进行氧化处理，实现了耐磨性和抗蚀性的复合，热处理技术和防腐技术的复合。本发明操作简单、易实现、成本低，使用本方法生产的活塞杆表面平滑、不漏气，耐腐蚀、耐磨性强，废品率低、使用寿命长。将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能同时提高零件表面硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度，降低摩擦系数，变形小，无公害，同时降低了活塞杆的脆性，明显扩大了适应氮碳共渗的材料范围，即各种材质的处理均有良好的效果，具有优化加工工序，缩短生产周期，降低生产成本的优点。

Description

活塞杆盐浴热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种金属表面热处理工艺，特别是一种应用于汽车等气杆的活塞杆的表面热处理工艺。
背景技术
现有的汽车活塞杆表面处理工艺大多可以分为电镀、喷涂以及热处理等方式，电镀大多将活塞杆表面抛光处理后，电镀铬、铜、锌、锡、镉、钛等金属，然而由于电镀的方式污染严重，已经逐渐被舍弃，喷涂工艺中存在的主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂，既污染环境，不利于人体健康，又浪费涂料，造成经济损失，而且由于活塞杆的往复运动频繁，如若喷涂层与活塞杆本体结合不紧密还容易造成脱落等问题，因而现在人们致力于活塞杆表面热处理氮化工艺，然而由于现在活塞杆表面氮化处理工艺尚不成熟，表面不光滑，会产生微孔，出现漏气等问题，另外由于氮化技术落后，氮化后的活塞杆使用一段时间后表面会产生锈蚀、出现黄斑等问题，令活塞杆的使用寿命短，质检不合格，次品率高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有活塞杆表面处理工艺的不足，提供一种新式活塞杆表面热处理工艺。
本发明的技术方案为：一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：(1)活塞杆初加工(2)活塞杆表面热处理，所述的活塞杆表面热处理包括如下步骤：
A、清洗：将初加工完成的活塞杆放入超声波清洗机内在50-60℃的条件下清洗10分钟，然后用清水冲洗，以去除活塞杆表面的切削杂质；
B、预热烘干：将清洗完毕的活塞杆置于烘干机中在410±10℃的条件下加热10-25分钟，以去除活塞杆表面的水分，并增加活塞杆的温度；
C、氮化：将烘干的活塞杆置于盛有氮化剂的氮化池中氮化60-180分钟，氮化池的温度保持在555-585℃；
D、氧化：将氮化完成的活塞杆置于盛有氧化剂的氧化池中进行氧化20-40分钟，氧化池的温度保持在385±10℃；
E、冷却浸泡：将氧化完毕的活塞杆置于清水中冷却浸泡80分钟，用以冷却活塞杆的温度，并分解活塞杆表面的盐分；
F、清洗、烘干、抛光。
优选的是：所述的活塞杆初加工包括如下步骤：切断、退火、校直、粗磨、高喷淬火、回火校直、研磨。
优选的是：所述的氮化剂的组分及含量(重量百分数)如下：
尿素CO(NH2)2：26～28％
纯碱Na2CO3：30～33％
碳酸钾K2CO3：13～20％
碳酸锂Li2CO3：10～13％
氟化钠NaF：余量。
优选的是：所述的氧化剂的组分及含量(重量百分数)如下：
氢氧化钠：25～30％
氢氧化钾：12～18％
硝酸钠：余量。
优选的是：所述的氧化过程中氧化池内的氧化剂变红时，向其中加入还原剂，使红色消失，还原剂的组分如下：
木炭：75％
NH4Cl：20％
高锰酸钾：5％
本发明的有益效果为：本发明首先对活塞杆表面进行氮化处理，然后进行氧化处理，实现了耐磨性和抗蚀性的复合，热处理技术和防腐技术的复合。这种技术还具有节能、生产过程中不产生污染、产品变形小等优点，同时，当氧化盐浴氧化过程中会产生Fe2O3，导致氧化剂变红，向氧化池中添加还原剂，使氧化盐浴中的Fe2O3，还原为Fe，使氧化盐浴的红色消失，彻底解决了活塞杆表面及螺纹发红现象，同时增加了氧化盐浴的使用寿命，降低了生产成本。本发明操作简单、易实现、成本低，使用本方法生产的活塞杆表面平滑、不漏气，耐腐蚀、耐磨性强，废品率低、使用寿命长。盐浴热处理技术将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能同时提高零件表面硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度，降低摩擦系数，变形小，无公害，同时降低了活塞杆的脆性，明显扩大了适应氮碳共渗的材料范围，即各种材质的处理均有良好的效果，具有优化加工工序，缩短生产周期，降低生产成本的优点。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施例：
具体实施例1：
一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：
(1)活塞杆初加工
A、切断：将活塞杆按所定的长度进行切断；
B、退火：消除活塞杆应力；
C、校直；
D、粗磨：去除活塞杆表面铁锈等杂质；
E、高喷淬火：增加活塞杆表面硬度；
F、回火校直；
G、研磨：使得活塞杆的外径达到所定的尺寸。
(2)活塞杆表面热处理
A、清洗：将初加工完成的活塞杆放入超声波清洗机内在50℃的条件下清洗10分钟，然后用清水冲洗，以去除活塞杆表面的切削杂质；
B、预热烘干：将清洗完毕的活塞杆置于烘干机中在400℃的条件下加热10分钟，以去除活塞杆表面的水分，并增加活塞杆的温度；
C、氮化：将烘干的活塞杆置于盛有氮化剂的氮化池中氮化60分钟，氮化池的温度保持在555℃；其中，氮化剂的组成成份如下：尿素CO(NH2)2：26％，纯碱Na2CO3：30％，碳酸钾K2CO3：13％，碳酸锂Li2CO3：10％，氟化钠NaF：21％。几种化学物质(碳酸钾、碳酸钠、尿素、碳酸锂及氟化钠等)在高温下发生化学反应：CO(NH2)2+K2CO3→KCNO+CO2+H2O，生成含有氰酸根(CNO-)的物质，CNO-在高温下分解，反应产生活性高、渗入能力强的氮原子和碳原子，活性氮原子、碳原子在工件表面被吸收，形成固溶体或化合物，当工件表面的氮、碳浓度达到一定值后，氮、碳原子从表面的高浓度区向里层的低浓度区扩散。活塞杆浸入氮化盐浴中后，CNO-的分解产生的N、C原子在工件表面形成高的N势和C势，由于N原子半径仅为铁原子的一半，而C原子半径更小，所以N、C原子可以在铁的点阵间隙中进行扩散。
具体分解形式：
4CNO-→CO3 -2+2CN-+CO+2[N]
3Fe+[N]→Fe3N
4Fe+[N]→Fe4N
同时生成的CN-与氧结合后，又生成CNO-
CNO分解产生的CO，进而分解出C原子渗入工件，形成碳化物或固溶体
2CO→CO2+C
3Fe+C→Fe3C
活塞杆在盐浴复合热处理过程中，随着N、C元素的不断渗入，达到一定浓度后，形成了高硬度的致密层——化合物层(Fe2-3CN)。
D、氧化：将氮化完成的活塞杆置于氧化池中进行氧化20分钟，氧化池的温度保持在375℃；其中，氮化剂的组成成份如下：氢氧化钠：25％，氢氧化钾：12％，硝酸钠：63％。氧化过程中氧化池内的氧化剂变红时，向其中加入还原剂，使红色消失，还原剂的组分如下：木炭：75％，NH4Cl：20％，高锰酸钾：5％。活塞杆氮化以后，进入氧化炉后，马上被氧化形成致密的Fe3O4氧化膜，
2Fe+O2→2FeO
4Fe+3O2→2Fe2O3
FeO+2Fe2O3→2Fe3O4
在大量处理工件，氧化盐浴会变红，由于盐浴中含有大量的Fe2O3。这时可以向氧化盐浴中加入还原剂，使红色的Fe2O3还原成Fe或铁的化合物，使红色消失，这样就不会使热处理出来的活塞杆表面发红现象，同时也延长了氧化盐浴的使用寿命。
E、冷却浸泡：将氧化完毕的活塞杆置于清水中冷却浸泡80分钟，用以冷却活塞杆的温度，并分解活塞杆表面的盐分；
F、清洗、烘干、抛光。
具体实施例2：
一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：
(1)活塞杆初加工
A、切断：将活塞杆按所定的长度进行切断；
B、退火：消除活塞杆应力；
C、校直；
D、粗磨：去除活塞杆表面铁锈等杂质；
E、高喷淬火：增加活塞杆表面硬度；
F、回火校直；
G、研磨：使得活塞杆的外径达到所定的尺寸。
(2)活塞杆表面热处理
A、清洗：将初加工完成的活塞杆放入超声波清洗机内在50℃的条件下清洗10分钟，然后用清水冲洗，以去除活塞杆表面的切削杂质；
B、预热烘干：将清洗完毕的活塞杆置于烘干机中在400℃的条件下加热10分钟，以去除活塞杆表面的水分，并增加活塞杆的温度；
C、氮化：将烘干的活塞杆置于盛有氮化剂的氮化池中氮化60分钟，氮化池的温度保持在555℃；其中，氮化剂的组成成份如下：尿素CO(NH2)2：28％，纯碱Na2CO3：33％，碳酸钾K2CO3：20％，碳酸锂Li2CO3：13％，氟化钠NaF：6％。
D、氧化：将氮化完成的活塞杆置于氧化池中进行氧化20分钟，氧化池的温度保持在375℃；其中，氮化剂的组成成份如下：氢氧化钠：30％，氢氧化钾：18％，硝酸钠：52％。氧化过程中氧化池内的氧化剂变红时，向其中加入还原剂，使红色消失，还原剂的组分如下：木炭：80％，NH4Cl：15％，高锰酸钾：5％。
E、冷却浸泡：将氧化完毕的活塞杆置于清水中冷却浸泡80分钟，用以冷却活塞杆的温度，并分解活塞杆表面的盐分；
F、清洗、烘干、抛光。
具体实施例3：
一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：
(1)活塞杆初加工
A、切断：将活塞杆按所定的长度进行切断；
B、退火：消除活塞杆应力；
C、校直；
D、粗磨：去除活塞杆表面铁锈等杂质；
E、高喷淬火：增加活塞杆表面硬度；
F、回火校直；
G、研磨：使得活塞杆的外径达到所定的尺寸。
(2)活塞杆表面热处理
A、清洗：将初加工完成的活塞杆放入超声波清洗机内在50℃的条件下清洗10分钟，然后用清水冲洗，以去除活塞杆表面的切削杂质；
B、预热烘干：将清洗完毕的活塞杆置于烘干机中在400℃的条件下加热10分钟，以去除活塞杆表面的水分，并增加活塞杆的温度；
C、氮化：将烘干的活塞杆置于盛有氮化剂的氮化池中氮化60分钟，氮化池的温度保持在555℃；其中，氮化剂的组成成份如下：尿素CO(NH2)2：27％，纯碱Na2CO3：32％，碳酸钾K2CO3：15％，碳酸锂Li2CO3：11％，氟化钠NaF：9％。
D、氧化：将氮化完成的活塞杆置于氧化池中进行氧化20分钟，氧化池的温度保持在375℃；其中，氮化剂的组成成份如下：氢氧化钠：27％，氢氧化钾：15％，硝酸钠：58％。氧化过程中氧化池内的氧化剂变红时，向其中加入还原剂，使红色消失，还原剂的组分如下：木炭：70％，NH4Cl：20％，高锰酸钾：10％。
E、冷却浸泡：将氧化完毕的活塞杆置于清水中冷却浸泡80分钟，用以冷却活塞杆的温度，并分解活塞杆表面的盐分；
F、清洗、烘干、抛光。

Claims (5)

1、一种活塞杆盐浴热处理工艺，包括如下步骤：(1)活塞杆初加工(2)活塞杆表面热处理，其特征在于：所述的活塞杆表面热处理包括如下步骤：
A、清洗：将初加工完成的活塞杆放入超声波清洗机内在50-60℃的条件下清洗10分钟，然后用清水冲洗，以去除活塞杆表面的切削杂质；
B、预热烘干：将清洗完毕的活塞杆置于烘干机中在410±10℃的条件下加热10-25分钟，以去除活塞杆表面的水分，并增加活塞杆的温度；
C、氮化：将烘干的活塞杆置于盛有氮化剂的氮化池中氮化60-180分钟，氮化池的温度保持在555-585℃；
D、氧化：将氮化完成的活塞杆置于盛有氧化剂的氧化池中进行氧化20-40分钟，氧化池的温度保持在385±10℃；
E、冷却浸泡：将氧化完毕的活塞杆置于清水中冷却浸泡80分钟，用以冷却活塞杆的温度，并分解活塞杆表面的盐分；
F、清洗、烘干、抛光。
2、如权利要求1所述的活塞杆盐浴热处理工艺，其特征在于：所述的活塞杆初加工包括如下步骤：切断、退火、校直、粗磨、高喷淬火、回火校直、研磨。
3、如权利要求1所述的活塞杆盐浴热处理工艺，其特征在于：所述的氮化剂的组分及含量(重量百分数)如下：
尿素CO(NH2)2：26～28％
纯碱Na2CO3：30～33％
碳酸钾K2CO3：13～20％
碳酸锂Li2CO3：10～13％
氟化钠NaF：余量。
4、如权利要求1所述的活塞杆盐浴热处理工艺，其特征在于：所述的氧化剂的组分及含量(重量百分数)如下：
氢氧化钠：25～30％
氢氧化钾：12～18％
硝酸钠：余量。
5、如权利要求1所述的活塞杆盐浴热处理工艺，其特征在于：所述的氧化过程中氧化池内的氧化剂变红时，向其中加入还原剂，使红色消失，还原剂的组分如下：
木炭：70-80％
NH4Cl：15-25％
高锰酸钾：0-10％。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091118