CN102828142A - 一种活塞产品的水蒸汽处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞产品的水蒸汽处理方法，包括预处理、第一阶段处理和第二阶段处理，预处理包括升温通氮气一段时间后通水蒸汽，其特征在于：在第一阶段处理中，使活塞产品在520-530℃下与水蒸汽反应3.5-4.5h；在第二阶段处理中，使活塞产品在580-590℃下与水蒸汽反应1.5-2.5h。采用本发明的方法能够解决活塞产品在水蒸汽处理过程中出现的漏气问题。本发明还提供了进一步改进活塞品质的方法。

Description

一种活塞产品的水蒸汽处理方法

技术领域

本发明主要涉及一种水蒸汽处理方法，特别是一种活塞产品的水蒸汽处理方法。

背景技术

水蒸汽处理通常都作为粉末冶金类产品最终的一道生产工序，其主要作用是对粉末冶金产品进行封孔处理，处理出来的产品表面有一层兰黑色的物质，此物质就是均匀致密的Fe₃O₄。另外它还在产品内部把孔隙封住，当产品需要机械加工的时候，磨掉表面一层氧化物，其致密性还是完好的。活塞是轴对称并且顶部薄的深孔圆柱状产品，其内孔壁的厚度通常不一致。由于活塞产品是非均匀的，故在水蒸汽处理的时候，会出现局部漏气以及发红的问题，对活塞的品质造成不利的影响。

铁基产品与水蒸汽的反应是很复杂的，因为它们除了会生成Fe₃O₄，还有可能生成Fe₂O₃和FeO。铁与水蒸汽的反应受到温度、时间以及H₂O/H₂的压力比例的影响，这几个因素都会决定处理后的产品的质量。另外，在它们的反应后面阶段，也有可能继续发生其它反应。所以控制温度、时间以及水蒸汽的量是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高活塞产品的品质的水蒸汽处理方法。

具体地说，本发明的一个目的在于提供一种能够解决活塞产品在水蒸汽处理过程中出现漏气问题的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种能使芯部氧化层更均匀的活塞产品水蒸汽处理方法。

本发明的又一个目的在于提供一种能够解决活塞产品在水蒸汽处理过程中出现发红问题的方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，并取得有益的技术效果：

一种活塞产品的水蒸汽处理方法，包括预处理、第一阶段处理和第二阶段处理，预处理包括升温通氮气一段时间后通水蒸汽，其特征在于：在第一阶段处理中，使活塞产品在520~530℃下与水蒸汽反应3.5h~4.5h；在第二阶段处理中，使活塞产品在580~590℃下与水蒸汽反应1.5~2.5h。在第一阶段处理中，传统工艺的处理时间较短，活塞芯部大孔隙的部位氧化层量比较少，不能完全覆盖住粉末冶金材料的孔隙。当检气密性的时候，高压气体就会从这些孔隙“钻”出来，把表层氧化层胀破，产品漏气。本发明的方法由于在该阶段处理时间较长，大孔隙的大部分或全部都被包覆住，所以高压气体不能“钻”出来，从而使芯部获得良好的气密性。在第二阶段处理中，传统工艺由于处理时间较长，所以表层氧化层比较厚。如果第一阶段就已经在表层深入50um的地方处堵塞，第二阶段就会在这些地方的表层处不断生成Fe₃O₄，造成有些地方看起来比较“肥大”。本发明的方法在缩短了此阶段的时间，表层氧化层较薄，但相对来说比较均匀、适中，气密性就良好。因此，采用本发明的方法能够解决活塞产品在水蒸汽处理过程中出现的漏气问题。

优选地，本发明的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其中预处理时通氮气时间为0.45-1h，通水蒸汽时间为0.4-0.7h，更优选地，预处理时通氮气时间为1h。在预处理阶段总时间不变的情况下，这个措施也就是缩短第一阶段之前通水蒸汽的时间，使得产品的整体温度趋向于比较均匀的时候，才与水蒸汽反应。温度从原来的450℃升到现在的500℃，保护时间从一般的0.5h增加到1h，尽量避免产品死角处的空气存留，减少高温氧化的几率，从而防止发红。

优选地，每层活塞产品之间加设有网板。活塞产品之间密密麻麻的堆叠容易阻碍水蒸汽的流通，当水蒸汽与其反应的时候，容易导致发红。加设网板后，每层活塞产品之间保持一定的间隔，从而使水蒸汽在每层活塞产品之间的流通顺畅，避免发红的现象。

优选地，所述网板孔的面积大于1cm²。网板孔面积增大，有利于水蒸汽的流通，更好地避免发红现象的发生。

优选地，所述网板为不锈钢网板。不锈钢网板耐水蒸汽腐蚀，在高温下不会与活塞反应，而且具有足够的支撑强度。

优选地，所述活塞产品之间间隔大于0.1cm。将活塞与活塞之间拨开一定的距离可以避免层叠现象，从而进一步避免发红现象。

优选地，上述任何一种技术方案中所用水蒸汽量为28-38 L/mm²·h。相对于法兰来说，一炉活塞产品的总重量、总表面积都要小，所以水蒸汽量可以酌情减少。水蒸汽的减少缩小了H₂O/H₂的比例，也降低了发红现象出现的几率。

优选地，在上述任何一种技术方案的第一阶段处理和第二阶段处理之间的升温阶段中，采用排气阀排出多余的水蒸汽。为了避免在第一阶段和第二阶段之间的升温过程中，由于打开炉盖使炉温降下来之后还得升温的麻烦，在这个时候，采用开排气阀排出多余的死角的水蒸汽的方法也能达到避免发红的效果。

附图说明

图1是活塞与水蒸汽反应的示意图；

图2是活塞与水蒸汽反应的另一示意图；

图3是经传统水蒸汽处理方法处理的活塞产品芯部的金相图；

图4是经本发明水蒸汽处理方法处理的活塞产品芯部的金相图；

图5是经传统水蒸汽处理方法处理的活塞产品表层的金相图；

图6是经本发明水蒸汽处理方法处理的活塞产品表层的金相图；

图7是炉温的实时监控图。

具体实施方式

因为粉末冶金产品是多孔材料，所以在封孔过程中，既要在产品外表形成一层连续致密的氧化层，也要在产品芯部形成一氧化层，并且使氧化层均匀分布在孔隙周边，起到防锈作用。要使产品芯部能进行封孔，第一阶段处理的温度不能过高。因为高温的时候，水蒸汽首先吸附于铁的表面，发生氧和氢的分解反应，由H₂O分子中分解出的氧原子具有很强的活性，与铁反应生成Fe₃O₄的速度很快。由于Fe₃O₄膜比较致密，氧原子难于越过Fe₃O₄向铁的内部扩散，只发生横向生成。第一阶段处理的温度又不能过低，这样会影响反应的速率。

另外，从活塞产品的形状以及水蒸汽与其反应时候的动力学关系来研究，通常，刚通进去的水蒸汽并不都会全部进入产品，而相当大一部分都不与其反应，只是在炉子里面保持一定的压力关系。如图1，活塞产品不是平面，而是一个圆面，所以当水蒸汽接触的时候，会成一定角度进去。如图2，水蒸汽接触活塞的时候，一部分沿ab进入活塞内部，一部分沿ad逃逸，另外还有一部分反射出去。这样，假设ab与ad之间的夹角为θ，则进入活塞与逃逸的水蒸汽体积之间存在这样的关系：

                      V_ad=V_ab·cosθ                      

明显，逃逸的水蒸汽比进入活塞的水蒸汽要多，而在接触面是平面（如下法兰和阀板）时产生这种情况的概率相对较少。

综上，第一阶段处理的温度应该要低一点，本发明将其降到520-530℃，并且在这个阶段适当延长至3.5-4.5h，使Fe₃O₄在活塞芯部充斥的量多一些并且均匀性好一些。

第二阶段处理在活塞表面形成一层致密氧化层，温度越高反应越迅速，可以升高到580-590℃，但是不能高于600℃，因为在600℃时会生成疏松的FeO，并且脱落，这就是通常我们所说的脱皮现象。升高温度后，第二阶段的处理时间就可以从3h减少到1.5-2.5h，经处理的活塞表面同样可以获得连续的Fe₃O₄，其厚度适中，气密性良好。

实施例1 传统方法与本发明方法对活塞产品进行水蒸汽处理的比较

利用传统方法和本发明方法对活塞产品进行水蒸汽处理：

传统方法：升高炉内温度并通氮气把上一炉产品遗留下来的水蒸汽及一些氧气和废气排除，通氮气0.8h后通水蒸汽0.5h。然后在第一阶段处理中使活塞产品在540℃下与水蒸汽反应3h，在第二阶段处理中将活塞产品在580℃下与水蒸汽反应3h。

本发明方法：按照传统方法进行预处理，然后在第一阶段处理中将活塞产品在530℃下与水蒸汽反应4h，在第二阶段处理中将活塞产品在580℃下与水蒸汽反应2h。

结果见图3-图6。从图3经传统方法处理的活塞产品芯部的金相图可看出，采用传统方法处理的活塞芯部大孔隙的部位氧化层量比较少，不能完全覆盖住粉末冶金材料的孔隙。当检气密性的时候，高压气体从这些孔隙“钻”出来，把表层氧化层胀破，产品漏气。

而采用本发明方法处理的活塞由于在第一阶段时经过了足够长时间的处理，大部或全部大孔隙都被包覆住（见图4经本发明方法处理的活塞产品芯部的金相图），所以高压气体不能“钻”出来，气密性良好。

另外，图5显示，传统方法由于第二阶段处理的时间较长，所以表层氧化层比较厚一点，其厚度为8um。如果活塞在第一阶段时就已经在表层深入50um处堵塞，在第二阶段时就会在这些地方的表层处不断生成Fe₃O₄，造成有些地方看起来比较“肥大”。如图6所示，本发明方法缩短了时间，表层氧化层较薄，其厚度为7um，但相对来说比较均匀、适中，气密性良好。

实施例2 活塞品质的进一步改进

活塞在水蒸汽处理工序中还常常出现发红现象。针对活塞的这个现象，在上述方法的基础上采取以下几种措施进一步改善活塞产品的品质：

（1）延长氮气保护产品的时间

在第一阶段前的氮气保护和通水蒸汽的总时间不变的情况下，缩短第一阶段之前通水蒸汽的时间，使得产品的整体温度趋向于比较均匀的时候，才与水蒸汽反应。温度从原来的450℃升到现在的500℃，氮气保护时间从0.5h增加到1h。

（2）在每层ST筐中加网板隔开活塞

活塞产品的体积比较小，假如一个筐中放入密密麻麻的活塞，很容易造成很多不通畅的地方，当水蒸汽与其反应的时候，就会导致发红。每一层筐都加设不锈钢网板，并且使网板孔为1.5cm²，同时将活塞拨开，使彼此之间间隔开一定距离，避免层叠现象。

（3）减少水蒸汽的量以及及时排污

将水蒸汽的用量减少为28-38 L/mm²·h。在通水蒸汽之前对水蒸汽发生器进行排污，确保出来的水蒸汽干净。并且在调整炉膛压力之前开、关排气阀进行时间长达1min左右的排水操作，避免冷凝水从管道中进入炉子内。

采取上述措施能够获得有效解决水蒸汽处理过程中活塞的发红问题。以上措施可以单独使用，最好是结合起来使用。

在第一阶段温度升高到第二阶段温度的升温阶段中（见图7），为了避免由于打开炉盖使炉温下降，需要再次升温的麻烦，在这个时候，采用开排气阀排出多余的死角的水蒸汽的方法也能达到避免发红的效果。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，这些都不构成对本实施方式的任何限制，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种活塞产品的水蒸汽处理方法，包括预处理、第一阶段处理和第二阶段处理，预处理包括升温通氮气一段时间后通水蒸汽，其特征在于：在第一阶段处理中，使活塞产品在520~530℃下与水蒸汽反应3.5h~4.5h；在第二阶段处理中，使活塞产品在580~590℃下与水蒸汽反应1.5~2.5h。

2.根据权利要求1所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其中预处理时通氮气时间为0.45-1h，通水蒸汽时间为0.4-0.7h。

3.根据权利要求1所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其中预处理时通氮气时间为1h。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，还包括在每层活塞产品之间加设网板。

5.根据权利要求4所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：所述网板孔的面积大于1cm²。

6.根据权利要求4所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：所述网板为不锈钢网板。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：水蒸汽量为28-38 L/mm²·h。

8.根据权利要求4所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：水蒸汽量为28-38 L/mm²·h。

9.根据权利要求7所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：在第一阶段处理和第二阶段处理之间的升温阶段中，采用排气阀排出多余的水蒸汽。

10.根据权利要求8所述的一种活塞产品的水蒸汽处理方法，其特征在于：在第一阶段处理和第二阶段处理之间的升温阶段中，采用排气阀排出多余的水蒸汽。

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