CN104928445A - 一种高风压冲击器活塞及其热处理工艺 - Google Patents

一种高风压冲击器活塞及其热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高风压冲击器活塞,该活塞采用热模具钢H13制成的活塞坯件经过调质处理制成。上述高风压冲击器活塞的热处理工艺包括以下步骤:将采用热模具钢H13制成的活塞坯件采用两次预热、然后加热至1030±10℃,保温90分钟后进行淬火,并进行两次回火,然后,再进行软氮化处理,氮化深度0.3~0.5㎜,使得活塞的表面硬度为≥HV1000,心部硬度为HRC42-46;进行氮化处理时温度控制在570±5℃。这样,使得活塞具有良好的疲劳强度以及韧性、塑性等综合机械性能,再通过氮化处理,则可以使得活塞表面具有良好的硬度和耐磨性,进一步提高了活塞的疲劳强度和抗腐蚀性,大大提高了活塞的使用寿命。

Description

一种高风压冲击器活塞及其热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种冲击器活塞及其热处理工艺,具体的说涉及用于高风压冲击器上的冲击器活塞及其热处理工艺,属于冲击器用机件加工技术领域。
背景技术
高风压冲击器是用于凿岩钻孔的一种动力工具,其工作原理是通过压力为1-2MPa的高压气体推动活塞往复高速运动,打击钎头尾部,通过钎头头部镶嵌的合金齿来破碎岩石,高压气体通过钻杆内孔将碎石粉末吹出岩石孔,实现钻孔。在使用高风压冲击器进行钻孔作业时,活塞的冲击频率可达2000次/分,活塞受到的冲击力和反作用力很大,因此活塞的服役条件十分恶劣,容易造成机械疲劳而导致活塞断裂。目前国内普遍采用低碳高合金钢如22SiMnNi2CrMoA和20Cr2Ni4钢制造,对其进行渗碳淬火处理后得到表面硬度为HRC60-64,心部硬度为HRC40-46的冲击器活塞,采用上述材料及工艺制成的冲击器活塞,容易在一段时间的使用之后,特别是风压大于2.1MPa时易出现断裂和活塞与外管烧结的现象,影响活塞的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种表面具有良好的耐磨性、而心部具有优良的综合机械性能的高风压冲击器活塞。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种高风压冲击器活塞,该活塞采用热模具钢H13制成的活塞坯件经过调质处理制成。
本发明还提供上述高风压冲击器活塞的热处理工艺,该工艺包括以下步骤:
A、将采用热模具钢H13制成的活塞坯件采用两次预热650℃±10℃和850℃±10℃,两次预热分别保温40分钟、90分钟;
B、然后加热至1030±10℃,保温90分钟后进行淬火,采取油冷方式;
C、然后加热至600±10℃进行两次回火,每次回火加热时间为2小时,采取油冷;
D、然后,再进行软氮化处理,氮化深度0.3~0.5㎜,使得活塞的表面硬度为≥HV1000,心部硬度为HRC42-46;进行氮化处理时温度控制在570±5℃。
采用上述成份的H13经过常规的加工工序制成高风压冲击器活塞坯件,然后经过对其的调质处理,以大幅提高活塞的强度、疲劳强度以及韧性、塑性等综合机械性能,使其能够承受拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的动载荷作用,以适应高风压冲击器活塞高达2000次/分冲击频率的交变负荷。
调质处理后对活塞坯件磨削到最终产品尺寸,然后进行软氮化处理,通过软氮化处理,向活塞的表面层渗入氮碳原子,在其表面形成一层薄的氮碳化层,以提高活塞表面的硬度和耐磨性,达到提高活塞的疲劳强度和抗腐蚀性的目的,氮化可采用氮-碳共渗法,而进行氮化处理时温度采用570±5℃。
上述技术方案的高风压冲击器活塞,由于是采用了热模具钢H13制成的活塞坯件经过淬火和回火再磨削,然后再进行氮化处理后制得的表面硬度为≥HV1000,心部硬度HRC42-46的冲击器活塞,这样,使得活塞具有良好的疲劳强度以及韧性、塑性等综合机械性能,使其能够承受拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的动载荷作用;再通过氮化处理,则可以使得活塞表面具有良好的硬度和耐磨性,进一步提高了活塞的疲劳强度和抗腐蚀性,使活塞能够完全适应高达2000次/分冲击频率的交变负荷而不易产生机械疲劳破坏,大大提高了活塞的使用寿命。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中高风压冲击器活塞的结构示意图。
具体实施方式
实施例,如图1所示,一种高风压冲击器,采用H13热模具钢制作,将采用热模具钢H13制成的活塞坯件经过淬火+2次回火+软氮化工艺处理后,以达到最佳的心部强韧性配合,之后再进行氮化处理,制得高风压冲击器活塞,使其在活塞1的表面具有氮化层2,活塞1的心部硬度HRC42-45,而表面氮化层2的表面硬度≥HV1000,以提高活塞1表面的硬度和耐磨性,提高活塞的疲劳强度和抗腐蚀性。
具体热处理工艺如下:
A、采用两次预热加热方式,分别在650℃±10℃保温40分钟和850℃±10℃,保温9 0分钟,加热时预热可以减小热应力,降低活塞开裂风险。
B、然后加热至1030±10℃,保温90分钟后进行淬火,在此温度保温既能保证H13材料奥氏体晶粒不明显长大,又能使合金元素充分溶解;淬火时采取油冷方式,可以降低活塞开裂风险。
C、回火时采用两次回火,回火为温度600±10℃,回火加热时间2小时。回火后采取油冷,可以避免H13材料的2次回火脆性。
D、最后再进行软氮化处理,软氮化温度570±5℃。由于氮化温度低于回火温度,因此氮化后的零件变形很小,可以不再进行加工而直接使用,保证了氮化层的完整性,压应力分布均匀,抗疲劳性最好。
其中,H13的成分如下表(AISI)
冲击器活塞采用H13材料,对其进行淬火+2次回火的热处理,能大幅提高活塞的强度、疲劳强度以及韧性、塑性等综合机械性能,使其能够承受拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的动载荷作用,能够适应高风压冲击器活塞高达2000次/分冲击频率的交变负荷。
冲击器活塞磨削之后再对其进行软氮化热处理,使活塞表面形成0.3-0.5mm的氮化层,软氮化后活塞表面硬度≥HV1000,心部硬度为HRC42-46;进一步提高冲击器活塞耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性。

Claims (3)

1.一种高风压冲击器活塞,其特征在于:该活塞采用热模具钢H13制成的活塞坯件经过调质处理制成。
2.一种入权利要求1所述的高风压冲击器活塞的热处理工艺,其特征在于:该工艺包括以下步骤:
A、将采用热模具钢H13制成的活塞坯件采用两次预热650℃±10℃和850℃±10℃,两次预热分别保温40分钟、90分钟;
B、然后加热至1030±10℃,保温90分钟后进行淬火,采取油冷方式;
C、然后加热至600±10℃进行两次回火,每次回火加热时间为2小时,采取油冷;
D、然后,再进行软氮化处理,进行氮化处理时温度控制在570±5℃。
3.根据权利要求2所述的高风压冲击器活塞的热处理工艺,其特征在于:
步骤D中,氮化深度0.3~0.5㎜,使得活塞的表面硬度为≥HV1000,心部硬度为HRC42-46。
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