CN105624607A - Ghj(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺及表面处理溶液 - Google Patents

Ghj(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺及表面处理溶液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，包括热处理、抛光和表面处理的工艺，热处理的工艺包括碳氮共渗、扩散、淬火、深冷处理以及回火；表面处理的工艺为：将抛光后的钢领进行表面处理，表面处理的溶液中含有碱、氧化性盐和添加剂，添加剂为磷酸盐。本发明通过对高碳合金钢制成的钢领采用碳氮共渗工艺，形成具有特殊的金相结构的钢领，使得钢领的使用寿命大大提高，延长了钢领的使用寿命，减少了更换钢领所产生的人工和物耗成本，满足“高纱支，高速、高密”的纺纱需求。同时我们采用专门配制的表面处理溶液，对钢领进行表面处理，在其表面形成具有润滑功能的氧化层，降低与钢丝圈的摩擦，防止钢领被氧化，上车几乎无走熟期。

Description

GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺及表面处理溶液
技术领域
本发明涉及一种纺织器材用GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，本发明还涉及高耐磨纺纱钢领加工工艺的表面处理溶液。
背景技术
钢领是纺纱过程中的重要部件之一，外形呈圆环状，它与钢丝圈形成了一对摩擦副，在纺纱机上处于固定状态，与纱锭、钢丝圈相互配合完成纺纱任务。纱锭在钢领内圆中心旋转、通过纱线带动安装在钢领跑道上的钢丝圈，以每秒30—40米/秒的速度沿钢领内圆跑道高速滑动。产生的离心力很大、且处于无润滑的干摩擦状态，接触面瞬时温度较高，钢领易磨损。
目前行业内，钢领普遍采用的是用低碳钢或低碳合金钢，在机加工成形后，经碳氮共渗淬火工艺，使用寿命在8-12月，或者用高碳低铬GCr15轴承钢加工成形后淬火，其使用寿命为3年左右。
目前钢领的表面处理多采用电镀硬铬以增加其使用寿命。但是镀层均匀性较差，表面摩擦系数较大，不能从根本上提高其使用寿命，而且电镀工艺对环境污染较大。
最后，现有的钢领生产为以板材为原料，其加工工艺为：车床下料——冲压——车底平面——镗内孔——粗车外圆——精车外圆——精车内外跑道及顶平面——热处理——抛光。车床下料500只/班。精车内外圆跑道圆度跳动在0.04mm以上，热处理后圆度变形超出0.07mm，且报废率在5％左右，抛光后的表面光泽度差，使用部位的粗糙度为Ra1.6，顶面与底面平行度为0.07mm。
该工艺生产效率低，加工几何尺寸精度低，表面质量差，热处理变形量大，表面粗糙，使用寿命一般2年左右，纺纱质量差。
随着对钢领的使用寿命的要求不断提高，迫使我们开发出具有更高使用寿命的钢领。
发明内容
针对现有的问题，本发明的目的在于提供一种使用寿命更长的GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺。本发明的另一目的在于提供高耐磨纺纱钢领表面处理溶液。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：包括热处理、抛光和表面处理的工艺，
所述热处理的工艺包括碳氮共渗的工艺、扩散的工艺、淬火的工艺、深冷处理的工艺以及回火的工艺；
所述表面处理的工艺为：将抛光后的钢领放入表面处理溶液中，在温度为80～140℃下浸泡10～30min，所述表面处理的溶液中含有碱600～700g/L，氧化性盐50～70g/L，添加剂50～70g/L，所述添加剂为磷酸盐。
在上述方案中：所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；所述氧化性盐为硝酸钠或硝酸钾中的至少一种。
在上述方案中：热处理按照如下步骤完成：
(1)、碳氮共渗的工艺：将加工成型的高碳合金钢钢领放入气体渗碳炉内，加热至760℃～860℃进行碳氮共渗，碳势1％～3％，丙烷流量7L/min～10L/min，甲醇流量35～45mL/min，渗碳时间3h～8h，在渗碳的同时渗氮，氨气的流量为2L/min～3L/min；
(2)、扩散的工艺：保持温度在760℃～860℃，碳势0.7％～2.5％，进行碳氮扩散，扩散时间15min～50min；
(3)淬火的工艺：降温至740～830℃，淬火5～20min后除油；
(4)、深冷处理：将除油后的钢领在-60℃～-10℃下深冷处理50-80min；
(5)、回火的工艺：在160℃～180℃下回火100～150min，清洗后得到产品。
在上述方案中：共渗层厚度≥0.16mm。
在上述方案中：高碳合金钢的合金元素为Cr、V、Ti、W、Mo中的至少一种。
在上述方案中：高碳合金钢为：GCr6或GCr9或GCr15。
经过本发明处理后，在成型钢领表面形成由表及里逐渐降低的高碳、高氮含量的碳氮共渗层，从而起到提高钢领使用寿命的效果。热处理后的钢领表层的含碳量为1.5％～2％，氮含量为0.3％～0.4％。
其金相特征为在碳氮共渗层中均匀分布密集的细点状、小块状的铁的碳化物、铁的氮化物以及合金碳氮化物+隐晶马氏体+细针状马氏体+残余奥氏体，剖面金相图见图2(GCr15)。金相结构与传统的高碳合金钢的热处理工艺完全不一样。
如图2所示，在碳氮共渗层的表层分布密集的碳氮化合物，俗称脆性相，C、N含量高，这种结构，在载荷较重时易出现脱层和剥落的现象，属于不合格产品。但是由于本发明的钢领仅配合钢丝圈使用，载荷轻，使用本发明的工艺处理后得到的钢领其使用寿命反而大大提高。
经过本发明的表面处理溶液处理后，在成型钢领的表面形成一层具有润滑功能的氧化层，有效防止了钢领的氧化，具有自润滑特性，与钢丝圈的摩擦小，上车几乎无走熟期。
在上述方案中：以高碳合金钢管为原料，经过下料-冲压翻边-车床加工内圆及底外径-车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-研磨机加工底平面及顶平面-磨床加工外跑道-磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
在上述方案中：以圆柱形高碳合金钢为原料，经过下料-冲孔-冲压翻边-车床加工内圆及底外径-车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-研磨机加工底平面及顶平面-磨床加工外跑道-磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。摈弃传统工艺，本发明以钢管或圆柱形钢材(实心)为原料，采用管料下料机，研磨后顶面平面度≤0.01mm，顶面与底面平行度≤0.01mm，内外圆跑道圆度≤0.01mm，高度误差H±0.01mm，内外跑道磨削后表面粗糙度≤0.4mm，热处理变形量小于1％，基体经热处理工艺，其硬度达到83-85HRa，经两次抛光后，表面粗糙度≤Ra0.03mm。
本发明的另一目的是这样实现的：一种高耐磨纺纱钢领表面处理溶液，其特征在于：含有碱600～700g/L，氧化性盐50～70g/L，添加剂50～70g/L，所述添加剂为磷酸盐。该表面处理溶液使得钢梁表面形成具有润滑功能的氧化层，降低与钢丝圈的摩擦，上车几乎无走熟期。
在上述方案中：所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；所述氧化性盐为硝酸钠或硝酸钾中的至少一种。
本发明的有益效果是：本发明通过对高碳合金钢制成的钢领在热处理时采用碳氮共渗工艺，形成具有特殊的金相结构的钢领，使得钢领的使用寿命大大提高，延长了钢领的使用寿命，减少了更换钢领所产生的人工和物耗成本，满足“高纱支，高速、高密”的纺纱需求，提高纺纱速度，提高产品适纺性。同时我们采用专门配制的表面处理溶液，对钢领进行表面处理，在其表面形成具有润滑功能的氧化层，降低与钢丝圈的摩擦，防止钢领被氧化，上车几乎无走熟期。最后，我们采用钢管或圆柱形钢材(实心)为原料生产效率提高，加工几何尺寸精度高，热处理变形量小。
附图说明
图1为传统热处理工艺得到的钢领的金相图。
图2为实施例1的钢领的金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：
文中GHJ代表高耐磨黑金钢的意思。
实施例1
一种GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺：
以高碳合金钢管为原料，经过自动管料下料机下料-冲压翻边-高精度数控车床加工内圆及底外径-高精度数控车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-高精密研磨机加工底平面及顶平面-高精密磨床加工外跑道-高精密磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
热处理工艺包括以下步骤：
1、碳氮共渗的工艺为：将高碳合金钢GCr15钢领放入气体渗碳炉内，加热至860℃进行碳氮共渗，碳势1.2％，丙烷流量7～10L/min，甲醇流量35mL/min，渗碳时间6h，在渗碳的同时渗氮，氨气的流量为2L/min～3L/min。
2、扩散：保持温度在860℃，碳势1.1％，进行碳氮扩散，扩散时间15min～50min。
3、降温至830℃，淬火5～20min后除油。
4、深冷处理：将除油后的钢领在-60℃下深冷处理50-80min。
5、在160-180℃下回火100～150min后清洗。
要求：共渗层厚度≥0.16mm。
洛氏硬度≥82HRA
金相组织：表层密集的碳氮化合物，次表层细点状碳氮化合物+块状碳氮化合物+隐晶马氏体+细针状马氏体，马氏体2～3级。
要求研磨后顶面平面度≤0.01mm，顶面与底面平行度≤0.01mm，内外圆跑道圆度≤0.01mm，高度误差H±0.01mm，内外跑道磨削后表面粗糙度≤0.4mm，热处理变形量小于1％，基体经特殊的化学渗透热处理工艺，其硬度达到83-85HRa，经两次抛光后，表面粗糙度≤Ra0.03mm。
表面处理的工艺为：
将两次抛光后的钢领放在表面处理溶液中，在温度为80℃下浸泡30min，所述表面处理的溶液中含有氢氧化钠600g/L，硝酸钠50g/L，添加剂50g/L，所述添加剂为磷酸钠。
用专用快速磨损试验机将原传统GCr15淬火工艺与GCr15采用本发明的工艺加工的钢领进行磨损试验。传统淬火工艺的GCr15钢领1500分钟磨损失效，本专利加工的棉纺用GCr15钢领4500分钟跑道仍完好无损，耐磨性能是传统淬火工艺钢领的三倍以上(6～8年)，洛氏硬度83-85HRa。
实施例2
以柱形高碳合金钢GCr15(实心)为原料，经过自动管料下料机下料-冲孔-冲压翻边-高精度数控车床加工内圆及底外径-高精度数控车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-高精密研磨机加工底平面及顶平面-高精密磨床加工外跑道-高精密磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
热处理工艺包括以下步骤：
1、碳氮共渗的工艺为：将高碳合金钢GCr6钢领放入气体渗碳炉内，加热至760℃进行碳氮共渗，碳势1.2％，丙烷流量7～10L/min，甲醇流量35mL/min，渗碳时间6h，在渗碳的同时渗氮，氨气的流量为2L/min～3L/min。
2、扩散：保持温度在760℃，碳势1.1％，进行碳氮扩散，扩散时间15min～50min。
3、降温至740℃，淬火5～20min后除油。
4、深冷处理：将除油后的钢领在-20℃下深冷处理50-80min。
5、在160-180℃下回火100～150min后清洗。
要求：共渗层厚度≥0.16mm。
洛氏硬度≥82HRA
金相组织：表层密集的碳氮化合物，次表层细点状碳氮化合物+块状碳氮化合物+隐晶马氏体+细针状马氏体，马氏体2～3级。
要求研磨后顶面平面度≤0.01mm，顶面与底面平行度≤0.01mm，内外圆跑道圆度≤0.01mm，高度误差H±0.01mm，内外跑道磨削后表面粗糙度≤0.4mm，热处理变形量小于1％，基体经特殊的化学渗透热处理工艺，其硬度达到83-85HRa，经两次抛光后，表面粗糙度≤Ra0.03mm。
表面处理的工艺为：
将两次抛光后的钢领放在表面处理溶液中，在温度为140℃下浸泡10min，所述表面处理的溶液中含有氢氧化钾700g/L，硝酸钾70g/L，添加剂70g/L，所述添加剂为磷酸钾。
实施例3
以高碳合金钢管为原料，经过自动管料下料机下料-冲压翻边-高精度数控车床加工内圆及底外径-高精度数控车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-高精密研磨机加工底平面及顶平面-高精密磨床加工外跑道-高精密磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
热处理工艺包括以下步骤：
1、碳氮共渗的工艺为：将高碳合金钢GCr9钢领放入气体渗碳炉内，加热至860℃进行碳氮共渗，碳势1.2％，丙烷流量7～10L/min，甲醇流量35mL/min，渗碳时间6h，在渗碳的同时渗氮，氨气的流量为2L/min～3L/min。
2、扩散：保持温度在860℃，碳势1.1％，进行碳氮扩散，扩散时间15min～50min。
3、降温至830℃，淬火5～20min后除油。
4、深冷处理：将除油后的钢领在-40℃下深冷处理50-80min。
5、在160-180℃下回火100～150min后清洗。
要求：共渗层厚度≥0.16mm。
洛氏硬度≥82HRA
金相组织：表层密集的碳氮化合物，次表层细点状碳氮化合物+块状碳氮化合物+隐晶马氏体+细针状马氏体，马氏体2～3级。
要求研磨后顶面平面度≤0.01mm，顶面与底面平行度≤0.01mm，内外圆跑道圆度≤0.01mm，高度误差H±0.01mm，内外跑道磨削后表面粗糙度≤0.4mm，热处理变形量小于1％，基体经特殊的化学渗透热处理工艺，其硬度达到83-85HRa，经两次抛光后，表面粗糙度≤Ra0.03mm。
表面处理的工艺为：
将两次抛光后的钢领放在表面处理溶液中，在温度为130℃下浸泡20min，所述表面处理的溶液中含有氢氧化钠650g/L，硝酸钠60g/L，添加剂60g/L，所述添加剂为磷酸钠。
本发明不局限于上述实施例，高碳合金钢的合金元素还可为Cr、V、Ti、W、Mo中的至少一种。在此不一一列举。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：包括热处理、抛光和表面处理的工艺，
所述热处理的工艺包括碳氮共渗的工艺、扩散的工艺、淬火的工艺、深冷处理的工艺以及回火的工艺；
所述表面处理的工艺为：将抛光后的钢领放入表面处理溶液中，在温度为80～140℃下浸泡10～30min，所述表面处理的溶液中含有碱600～700g/L，氧化性盐50～70g/L，添加剂50～70g/L，所述添加剂为磷酸盐。
2.根据权利要求1所述GHJ(高耐磨)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；所述氧化性盐为硝酸钠或硝酸钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：热处理按照如下步骤完成：
(1)、碳氮共渗的工艺：将加工成型的高碳合金钢钢领放入气体渗碳炉内，加热至760℃～860℃进行碳氮共渗，碳势1％～3％，丙烷流量7L/min～10L/min，甲醇流量35～45mL/min，渗碳时间3h～8h，在渗碳的同时渗氮，氨气的流量为2L/min～3L/min；
(2)、扩散的工艺：保持温度在760℃～860℃，碳势0.7％～2.5％，进行碳氮扩散，扩散时间15min～50min；
(3)淬火的工艺：降温至740～830℃，淬火5～20min后除油；
(4)、深冷处理：将除油后的钢领在-60℃～-10℃下深冷处理50-80min；
(5)、回火的工艺：在160℃～180℃下回火100～150min。
4.根据权利要求3所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：共渗层厚度≥0.16mm。
5.根据权利要求3所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：高碳合金钢的合金元素为Cr、V、Ti、W、Mo中的至少一种。
6.根据权利要求5所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：高碳合金钢为：GCr6或GCr9或GCr15。
7.根据权利要求1-6任一项所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：以高碳合金钢管为原料，经过下料-冲压翻边-车床加工内圆及底外径-车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-研磨机加工底平面及顶平面-磨床加工外跑道-磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
8.根据权利要求1-6任一项所述GHJ(高耐磨黑金钢)纺纱钢领加工工艺，其特征在于：以圆柱形高碳合金钢为原料，经过下料-冲孔-冲压翻边-车床加工内圆及底外径-车床加工外圆、顶平面及内外跑道-热处理-研磨机加工底平面及顶平面-磨床加工外跑道-磨床加工内跑道-两次抛光-表面处理得到产品。
9.一种高耐磨纺纱钢领表面处理溶液，其特征在于：含有碱600～700g/L，氧化性盐50～70g/L，添加剂50～70g/L，所述添加剂为磷酸盐。
10.根据权利要求9所述高耐磨纺纱钢领表面处理溶液，其特征在于：所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种；所述氧化性盐为硝酸钠或硝酸钾中的至少一种。
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