CN105624371A - 高压真空断路器分合闸半轴制备方法及高压真空断路器分合闸半轴 - Google Patents

高压真空断路器分合闸半轴制备方法及高压真空断路器分合闸半轴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压真空断路器分合闸半轴制备方法及高压真空断路器分合闸半轴，属于高压真空断路器分合闸半轴加工处理技术领域。该高压真空断路器分合闸半轴制备方法包括如下步骤：将坯料加热到860-880℃，在油中淬火，再加热到550-570℃，回火40-180min，冷却至室温，加工成型，得到成型工件；将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理即得；渗氮处理的渗氮气气压为400-500Pa，渗氮温度为500-540℃，保温时间为2h。本发明的高压真空断路器分合闸半轴制备方法制得的分合闸半轴的表面质量良好，呈均匀银白色，表面硬度达到820HV以上，渗层深度达290m左右，工件耐蚀性能大幅度提高。

Description

高压真空断路器分合闸半轴制备方法及高压真空断路器分合闸半轴
技术领域
本发明涉及一种高压真空断路器分合闸半轴制备方法及高压真空断路器分合闸半轴，属于高压真空断路器分合闸半轴加工处理技术领域。
背景技术
渗氮处理可以提高工件的耐磨性能和使用寿命，被广泛地用在各种工具、钢、模具等的热处理领域。例如申请公布号为CN102410225A的中国发明专利(申请公布日为2012年4月11日)，公开了一种压缩机叶片及其制备工艺，具体是对采用38CrMoAl作为基材的压缩机叶片经割片和粗加工后进行调质热处理，热处理工艺条件为淬火920-940℃油淬，高温回火580-650℃空冷，去应力回火处理，去应力回火处理的工艺条件为温度550-600℃，处理时间为2h，去应力回火处理后进行精加工，采用短时渗氮工艺进行热处理，渗氮温度为500-600℃，渗氮工艺周期为4-6h，出炉油冷。
现有技术中应用最多的为直流等离子渗氮处理技术(DCPN)，等离子渗氮技术的温度能够与待处理工件的回火温度很好地吻合，而且成本低、可靠性高，通过气氛、渗氮温度、时间的控制可以很好地控制表面化合物层和扩散层的组成以及性能，大幅度提高工件的使用寿命。
但是近年来，等离子渗氮技术的发展和应用呈现出减缓的趋势，其原因在于传统的直流等离子体技术(DCPN)存在一些固有缺点，如炉温难以保持均匀，等离子体不稳定等，并且在传统的等离子渗氮技术中，待处理工件被置于阴极电位直接参与放电过程，当工件几何形状较为复杂时，在边缘部分产生电场扭曲，从而容易导致表面打弧、边缘效应的产生，造成工件表面局部过热，氮化层厚度不均匀等表面缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高半轴耐腐蚀性能的高压真空断路器分合闸半轴制备方法。本发明的目的还在于提供上述方法制得的高压真空断路器分合闸半轴。
为了实现以上目的，本发明的高压真空断路器分合闸半轴制备方法的技术方案如下：
一种高压真空断路器分合闸半轴制备方法，包括如下步骤：
1)将坯料加热到860-880℃，在油中淬火，再加热到550-570℃，回火40-180min，冷却至室温，加工成型，得到成型工件；
2)将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理即得；所述渗氮处理的渗氮气的气压为400-500Pa，渗氮温度为500-540℃，保温时间为2h。
本发明的高压真空断路器分合闸半轴制备方法采用将调质后的工件进行活性屏等离子渗氮技术处理(ASPN)，活性屏等离子渗氮技术是一种新的金属表面强化改性技术，是在ASPN炉中，阴极电压施加在一个金属屏上，待处理工件则被置于悬浮电位，活性屏等离子渗氮技术可以成功避免表面缺陷的产生，可使工件表面的渗氮层更均匀。
所述渗氮处理包括：将成型工件放入渗氮炉中，对渗氮炉内抽真空使其真空度小于10Pa，充入渗氮气，使渗氮炉内气压保持在400-500Pa。
上述渗氮处理方法中，将成型工件放入渗氮炉中后，在渗氮炉内气压达到400-500Pa后，打开电源，调节放电电压和放电电流，对渗氮炉进行加热。
在保温2h后，关闭电源，关闭氨气进气系统，对渗氮炉抽真空，冷却至200℃以下，关闭渗氮炉，即得。
所述成型工件在渗氮处理前进行清洗处理，以除去工件表面的油污等。一般情况下，所述清洗处理为使用丙酮清洗。
所述坯料材质为35CrMo。
渗氮处理时的电压为500-650V。渗氮处理时的电流为3-5A。
步骤1)中的淬火为油淬。步骤1)中回火冷却时使用的介质为油。
所述渗氮气为氨气。
本发明的高压真空断路器分合闸半轴的技术方案如下：
一种高压真空断路器分合闸半轴，采用上述的方法制得。
所述高压真空断路器分合闸半轴包括圆柱形半轴体，所述圆柱形半轴体上设置有槽底面垂直于半轴体径向的切槽，所述切槽槽底设置有沿半轴体径向延伸的定位孔。
包括分合闸半轴为分闸半轴或者合闸半轴。
本发明的高压真空断路器分合闸半轴制备方法制得的分合闸半轴的表面质量良好且均匀，呈均匀的银白色，表面硬度达到820HV以上，渗层深度达到290μm左右，零件的耐蚀性能被大幅度提高，被腐蚀后的样品表面只出现少量斑点。本发明的制备方法还具有节能、高效、清洁的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的分闸半轴的结构示意图；
图2为图1中A-A处截面图；
图3为图1中B-B处截面图；
图4为本发明的实施例1中的合闸半轴的结构示意图；
图5为图4的A-A处截面图；
图6为图4的B-B处截面图；
图7为实施例1和对比例中的分闸半轴的表面质量情况：(a)为实施例1的分闸半轴的表面质量情况；(b)为对比例的分闸半轴的表面质量情况；
图8为实施例1和对比例2中的分合闸半轴的腐蚀情况的局部放大图：(a)为实施例1的分合闸半轴的腐蚀情况；(b)为对比例2的分合闸半轴的腐蚀情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
下面实施例中的高压真空断路器分合闸半轴的材料均为35CrMo钢材质，具体成分如下：
表135CrMo钢化学成分
C Si Mn Cr Mo S P Cu Ni
0.33 0.24 0.55 1.0 0.21 0.029 0.030 0.20 0.25
实施例1
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴制备方法包括如下步骤：
1)采用35CrMo下料，形成分合闸半轴坯料，将坯料加热到860℃，在淬火油中淬火，冷却至室温，再加热到570℃，回火40min，在油中冷却至室温，得到调质工件，将调质工件经过粗加工和精加工后成型，得到成型工件；
2)将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理，具体为：将成型工件利用丙酮进行清洗，去除油污，将清洗后的成型工件放在活性屏离子渗氮炉内的悬浮电位的大平板上，关闭渗氮炉的放气阀，启动机械真空泵对渗氮炉内进行抽真空，同时打开冷却水系统和测温测压系统，当渗氮炉内的真空度小于10Pa时，打开充气系统向渗氮炉内充入氨气，调节气体流量，使炉内气压稳定在450Pa，打开电源，调节放电电压为650V，调节电流为3A，使氨气在高压电场作用下电离并产生辉光放电效应，在成型工件上渗氮；炉内温度稳定在500℃，保温2h；关闭系统电源，关闭氨气充气系统，利用机械真空泵对渗氮炉内抽真空，当炉内温度冷却至低于200℃时，关闭机械真空泵及冷却水系统，打开渗氮炉炉门去除渗氮后的分合闸半轴。
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴采用上述方法制得。该分合闸半轴包括分闸半轴和合闸半轴，其中，如图1所示，分闸半轴包括圆柱形分闸半轴体1以及设置于分闸半轴体上的切槽101，所述切槽的槽底平行于分闸半轴体的轴线，槽底面与分闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿分闸半轴体径向延伸的定位孔102，该定位孔内壁具有螺纹；如图2所示，合闸半轴包括圆柱形合闸半轴体2以及设置于合闸半轴体上的切槽201，所述切槽的槽底平行于合闸半轴体的轴线，槽底面与合闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿合闸半轴体径向延伸的定位孔202，该定位孔内壁具有螺纹。
实施例2
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴制备方法包括如下步骤：
1)采用35CrMo下料，形成分合闸半轴坯料，将坯料加热到880℃，在淬火油中淬火，冷却至室温，再加热到550℃，回火180min，在油中冷却至室温，得到调质工件，将调质工件经过粗加工和精加工后成型，得到成型工件；
2)将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理，具体为：将成型工件利用丙酮进行清洗，去除油污，将清洗后的成型工件放在活性屏离子渗氮炉内的悬浮电位的大平板上，关闭渗氮炉的放气阀，启动机械真空泵对渗氮炉内进行抽真空，同时打开冷却水系统和测温测压系统，当渗氮炉内的真空度小于10Pa时，打开充气系统向渗氮炉内充入氨气，调节气体流量，使炉内气压稳定在400Pa，打开电源，调节放电电压为500V，调节电流为5A，使氨气在高压电场作用下电离并产生辉光放电效应，在成型工件上渗氮；炉内温度稳定在540℃，保温2h；关闭系统电源，关闭氨气充气系统，利用机械真空泵对渗氮炉内抽真空，当炉内温度冷却至低于200℃时，关闭机械真空泵及冷却水系统，打开渗氮炉炉门去除渗氮后的分合闸半轴。
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴采用上述方法制得。该分合闸半轴包括分闸半轴和合闸半轴，其中，分闸半轴包括圆柱形分闸半轴体以及设置于分闸半轴体上的切槽，所述切槽的槽底平行于分闸半轴体的轴线，槽底面与分闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿分闸半轴体径向延伸的定位孔，该定位孔内壁具有螺纹；合闸半轴包括圆柱形合闸半轴体以及设置于合闸半轴体上的切槽，所述切槽的槽底平行于合闸半轴体的轴线，槽底面与合闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿合闸半轴体径向延伸的定位孔，该定位孔内壁具有螺纹。
实施例3
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴制备方法包括如下步骤：
1)采用35CrMo下料，形成分合闸半轴坯料，将坯料加热到870℃，在淬火油中淬火，冷却至室温，再加热到560℃，回火100min，在油中冷却至室温，得到调质工件，将调质工件经过粗加工和精加工后成型，得到成型工件；
2)将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理，具体为：将成型工件利用丙酮进行清洗，去除油污，将清洗后的成型工件放在活性屏离子渗氮炉内的悬浮电位的大平板上，关闭渗氮炉的放气阀，启动机械真空泵对渗氮炉内进行抽真空，同时打开冷却水系统和测温测压系统，当渗氮炉内的真空度小于10Pa时，打开充气系统向渗氮炉内充入氨气，调节气体流量，使炉内气压稳定在500Pa，打开电源，调节放电电压为550V，调节电流为4A，使氨气在高压电场作用下电离并产生辉光放电效应，在成型工件上渗氮；炉内温度稳定在520℃，保温2h；关闭系统电源，关闭氨气充气系统，利用机械真空泵对渗氮炉内抽真空，当炉内温度冷却至低于200℃时，关闭机械真空泵及冷却水系统，打开渗氮炉炉门去除渗氮后的分合闸半轴。
本实施例的高压真空断路器分合闸半轴采用上述方法制得。该分合闸半轴包括分闸半轴和合闸半轴，其中，分闸半轴包括圆柱形分闸半轴体以及设置于分闸半轴体上的切槽，所述切槽的槽底平行于分闸半轴体的轴线，槽底面与分闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿分闸半轴体径向延伸的定位孔，该定位孔内壁具有螺纹；合闸半轴包括圆柱形合闸半轴体以及设置于合闸半轴体上的切槽，所述切槽的槽底平行于合闸半轴体的轴线，槽底面与合闸半轴体的径向垂直，切槽的槽底面上设置有沿合闸半轴体径向延伸的定位孔，该定位孔内壁具有螺纹。
对比例1
采用现有技术中的直流等离子渗氮方法对成型工件进行渗氮处理，其他的均与实施例3中的相同。
对比例2
将分合闸半轴坯料加工成工件，对加工成型的工件表面不做处理。
实验例
1)表面硬度和渗氮层深度测试
对实施例1-3及对比例1中得到的高压真空断路器分合闸半轴测试其硬度和渗氮层深度，测试结果如表2所示：
表2实施例1-3及对比例1中的高压真空断路器分合闸半轴测试结果
表面硬度(HV) 渗氮层深度(μm)
实施例1 820 290
实施例2 836 300
实施例3 829 290
对比例 825 295
2)表面质量对比
将实施例1和对比例1中得到的高压真空断路器分闸半轴的表面质量进行对比，其照片如图7所示，实施例1中得到的分闸半轴如图7(a)所示，可以看出其表面呈现均匀的银白色，表面质量很好。对比例1中得到的分闸半轴如图7(b)所示，可以看出其表面局部出现发黑现象，整体颜色不均匀，说明传统直流等离子渗氮技术容易出现打弧现象，造成过热导致零件表面出现缺陷。
3)耐腐蚀测试
将实施例1和对比例中得到的高压真空断路器分合闸半轴在温度为37℃、在5％的NaCl水溶液的中性盐雾环境中测试48小时，进行腐蚀测试。
实施例1中得到的分合闸半轴的腐蚀情况的局部放大图如图8(a)所示，可以看出，实施例1中得到的分合闸半轴的腐蚀情况较为轻微，说明其耐腐蚀性能得到较大幅度提高；对比例中得到的分合闸半轴的腐蚀情况如图7(b)所示，其局部放大图如图8(b)所示，可以看出，对比例1中得到的分合闸半轴的腐蚀情况较为严重，说明其耐腐蚀性能较低。

Claims (10)

1.一种高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将坯料加热到860-880℃，在油中淬火，再加热到550-570℃，回火40-180min，冷却至室温，加工成型，得到成型工件；
2)将成型工件进行活性屏等离子渗氮处理即得；所述渗氮处理的渗氮气体的气压为400-500Pa，渗氮温度为500-540℃，保温时间为2h。
2.如权利要求1所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，所述渗氮处理包括：将成型工件放入渗氮炉中，对渗氮炉内抽真空使其真空度小于10Pa，充入渗氮气，使渗氮炉内气压保持在400-500Pa。
3.如权利要求1所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，在渗氮处理结束后，关闭电源，关闭渗氮气体进气系统，对渗氮炉抽真空，冷却至200℃以下，关闭渗氮炉，即得。
4.如权利要求1-3任意一项所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，所述坯料为35CrMo。
5.如权利要求1-3任意一项所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，渗氮处理的电压为500-650V。
6.如权利要求1-3任意一项所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，渗氮处理的电流为3-5A。
7.如权利要求1-3任意一项所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，所述渗氮气体为氨气。
8.如权利要求1-3任意一项所述的高压真空断路器分合闸半轴制备方法，其特征在于，所述成型工件在渗氮处理前进行清洗处理。
9.一种高压真空断路器分合闸半轴，其特征在于，采用如权利要求1所述的方法制得。
10.如权利要求9所述的高压真空断路器分合闸半轴，其特征在于，所述高压真空断路器分合闸半轴包括圆柱形半轴体，所述圆柱形半轴体上设置有槽底面垂直于半轴体径向的切槽，所述切槽槽底设置有沿半轴体径向延伸的定位孔。
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