CN105779863B - 一种涂层耐磨轴瓦的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,包括:将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料;将第一物料出炉进行浇注,冷却,进行表面机加工得到第二物料;将第二物料分段升温至1250~1280℃,保温3~4h,然后置于硝盐浴中进行等温淬火,空冷得到第三物料;将第三物料清洗,用Ar+粒子轰击表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积,冷却得到涂层耐磨轴瓦;涂层中元素按重量百分比包括:V:0.3~0.4%,Mg:2~5%,Mo:1.2~1.5%,Zr:2~4%,Cr:4.4~4.8%,Cu:3.2~3.6%,Y:0.9~1.2%,Ti:22~25%,Al:25~28%,余量为N。
Description
技术领域
本发明涉及轴瓦技术领域,尤其涉及一种涂层耐磨轴瓦的制备方法。
背景技术
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件,即为其它机件在轴上彼此产生相对运动时,用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。按运动元件摩擦性质的不同,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。轴瓦是滑动轴承直接与轴接触的部分,非常光滑,一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成,形状为瓦状的半圆柱面。轴瓦的作用是承载轴颈施加的作用力,保持油膜稳定,使轴承平稳工作并减少轴承的摩擦损失。轴瓦一般包括:主轴瓦,安装在机体的主轴承座上,其作用是减小轴颈的摩擦阻力及减小轴颈的磨损;止推轴瓦,安装在主轴承座的内侧,承受曲轴的旋转时轴向窜动的推力,并具有减磨作用;曲轴轴瓦,安装在曲轴和缸体的固定托架上。
发明内容
本发明提出了一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,所得涂层耐磨轴瓦韧性和耐磨性能优异,硬度可达HRC 79,冲击韧性可达9.1J/cm2,摩擦系数可达0.0073,接触疲劳性能良好,使用寿命长。
本发明提出的一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.20~0.26%,Si:0.5~0.6%,B:0.1~0.2%,V:0.32~0.36%,Mo:0.12~0.15%,Cr:1.5~1.8%,Cu:0.03~0.04%,Al:0.05~0.08%,Ti:0.1~0.2%,La:0.09~0.12%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至150~180℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至600~615℃,保温3~4h,接着升温至850~865℃,保温2~3h,升温至1060~1080℃,保温2~2.6h,升温至1250~1280℃,保温3~4h,油冷至360~370℃,然后置于温度为250~280℃的硝盐浴中,维持温度为300~315℃,保温1.7~2h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为5~8kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-120~-160V,沉积温度为390~410℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为2~6μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.3~0.4%,Mg:2~5%,Mo:1.2~1.5%,Zr:2~4%,Cr:4.4~4.8%,Cu:3.2~3.6%,Y:0.9~1.2%,Ti:22~25%,Al:25~28%,余量为N。
优选地,S4的涂层中,Cr元素、Al元素、Ti元素的关系如下:100×nCr=10×(nAl-nTi)+4.4,其中nCr、nAl、nTi分别表示Cr元素、Al元素、Ti元素在涂层中所占重量百分比。
优选地,S4的涂层中,Zr元素、Y元素的关系如下:1.66≤nZr/nY≤4.45,其中nZr、nY分别表示Zr元素、Y元素在涂层中所占重量百分比。
优选地,S4的涂层中,V元素、Mg元素、Mo元素和Cu元素的重量比为0.32~0.34:3~4:1.3~1.4:3.3~3.5。
优选地,S3中,将第二物料升温至605~610℃,保温3.3~3.6h,接着升温至855~860℃,保温2.4~2.8h,升温至1065~1070℃,保温2.2~2.4h,升温至1260~1270℃,保温3.5~3.8h,油冷至362~368℃,然后置于温度为260~270℃的硝盐浴中,维持温度为305~310℃,保温1.8~1.9h,空冷得到第三物料。
优选地,S1的第一物料中,C元素和V元素的重量比为0.22~0.24:0.33~0.35。
本发明所得涂层耐磨轴瓦韧性和耐磨性能优异,硬度可达HRC 79,冲击韧性可达9.1J/cm2,摩擦系数可达0.0073,接触疲劳性能良好,使用寿命长。
在第三物料中,钒元素与碳元素相互配合,钒元素固溶于奥氏体中,降低了碳的扩散速度,从而延缓奥氏体的转变,延长贝氏体转变的孕育期,因此便于增加贝氏体型铁素体的数量;在奥氏体化过程中,凝固组织中形成的VC颗粒具有“钉扎”作用,阻碍了晶界的移动和晶粒的长大,细化了奥氏体的晶粒,从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置,使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加,并细化了贝氏体组织,使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少,针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密,且碳化物(Cr,Fe)7C3、VC和V4C3的数量也随之增多,大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能和接触疲劳性能;铬元素作为中等碳化物形成元素,与碳元素配合形成稳定的铬碳化物,减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜,也可均匀地分布在钢中,而且较难溶解,能阻碍晶粒长大,减缓奥氏体分解速度,降低淬火时的临界冷却速度,有助于M体形成和提高M体的稳定性,提高了本发明强度、韧性、硬度、屈服点和耐磨性;同时铬元素、钼元素和铜元素配合,提高钢中奥氏体的稳定性,强化铁素体,增加淬火钢中残余奥氏体,有助于获得需要粉碎程度的碳化物相,可降低钢的过热倾向性,提高本发明强度、硬度、热稳定性、耐蚀性和韧性;而铝元素作为脱氧剂,可生成高度细碎的、超显微的氧化物,分散于钢体积中,因而可阻止钢加热时的晶粒长大和改善钢的淬透性。
本发明在进行沉积前进行清洗,再用Ar+粒子轰击清除第三物料表面吸附的气体及杂质,提高表面清洁度,改善形核和生长状态,提高界面结合强度;再通过合金靶熔化成滴状物,经高压空气雾化的熔滴粒子高速撞击试样表面后,铺展并迅速沉积固化,层层堆积,使涂层与第三物料间、涂层与涂层间结合紧密,同时涂层中的铬元素、钛元素和铝元素相互配合,使涂层与第三物料间相互扩散程度高,更易于与铁基体进行互扩散,从而更有利于提高涂层的附着力,使涂层与第三物料之间有一个平缓的成分和结构过渡,这种过渡可以有效的减缓涂层的内应力在涂层与基体的界面处积聚,有利于提高涂层的附着性;而锆元素和钇元素相互配合,使得涂层结构中的晶格常数减小,涂层的晶粒变小,降低了涂层的孔隙率和氧化物含量,使涂层结构会变得更加致密,从而提高了涂层的耐磨性能;而涂层中的氮原子以两种存在方式:一是以固溶方式存在,形成“固溶强化”效应,二是聚集于晶界处,产生“钉扎效应”,这些缺陷的存在使位错滑移更为困难,同时能进一步细化晶粒,使晶界增多,还能使晶粒中出现了大量的非晶区域,晶界和非晶区域能有效阻止位错的运动,提高涂层硬度,从而提高了本发明所得轴瓦的硬度。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.2%,Si:0.6%,B:0.1%,V:0.36%,Mo:0.12%,Cr:1.8%,Cu:0.03%,Al:0.08%,Ti:0.1%,La:0.12%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至150℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至615℃,保温3h,接着升温至865℃,保温2h,升温至1080℃,保温2h,升温至1280℃,保温3h,油冷至360℃,然后置于温度为280℃的硝盐浴中,维持温度为300℃,保温2h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为5kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-160V,沉积温度为390℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为6μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.3%,Mg:5%,Mo:1.2%,Zr:4%,Cr:4.4%,Cu:3.6%,Y:0.9%,Ti:25%,Al:25%,余量为N。
实施例2
本发明提出的一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.26%,Si:0.5%,B:0.2%,V:0.32%,Mo:0.15%,Cr:1.5%,Cu:0.04%,Al:0.05%,Ti:0.2%,La:0.09%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至180℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至600℃,保温4h,接着升温至850℃,保温3h,升温至1060℃,保温2.6h,升温至1250℃,保温4h,油冷至370℃,然后置于温度为250℃的硝盐浴中,维持温度为315℃,保温1.7h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为8kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-120V,沉积温度为410℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为2μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.4%,Mg:2%,Mo:1.5%,Zr:2%,Cr:4.8%,Cu:3.2%,Y:1.2%,Ti:22%,Al:28%,余量为N。
实施例3
本发明提出的一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.22%,Si:0.58%,B:0.13%,V:0.35%,Mo:0.13%,Cr:1.7%,Cu:0.034%,Al:0.07%,Ti:0.13%,La:0.11%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至160℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至610℃,保温3.3h,接着升温至860℃,保温2.4h,升温至1070℃,保温2.2h,升温至1270℃,保温3.5h,油冷至362℃,然后置于温度为270℃的硝盐浴中,维持温度为305℃,保温1.9h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为6kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-150V,沉积温度为400℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为5μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.32%,Mg:4%,Mo:1.3%,Zr:3.5%,Cr:4.6%,Cu:3.5%,Y:1%,Ti:24%,Al:26%,余量为N。
实施例4
本发明提出的一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.24%,Si:0.52%,B:0.17%,V:0.33%,Mo:0.14%,Cr:1.6%,Cu:0.036%,Al:0.06%,Ti:0.17%,La:0.1%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至170℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至605℃,保温3.6h,接着升温至855℃,保温2.8h,升温至1065℃,保温2.4h,升温至1260℃,保温3.8h,油冷至368℃,然后置于温度为260℃的硝盐浴中,维持温度为310℃,保温1.8h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为7kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-130V,沉积温度为405℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为3μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.34%,Mg:3%,Mo:1.4%,Zr:2.6%,Cr:4.8%,Cu:3.3%,Y:1.1%,Ti:23%,Al:27%,余量为N。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温,去除炉渣得到第一物料;第一物料的元素按重量百分比包括:C:0.20~0.26%,Si:0.5~0.6%,B:0.1~0.2%,V:0.32~0.36%,Mo:0.12~0.15%,Cr:1.5~1.8%,Cu:0.03~0.04%,Al:0.05~0.08%,Ti:0.1~0.2%,La:0.09~0.12%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至150~180℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至600~615℃,保温3~4h,接着升温至850~865℃,保温2~3h,升温至1060~1080℃,保温2~2.6h,升温至1250~1280℃,保温3~4h,油冷至360~370℃,然后置于温度为250~280℃的硝盐浴中,维持温度为300~315℃,保温1.7~2h,空冷得到第三物料;
S4、将第三物料清洗后,置于阴极电弧设备中,抽真空维持负压为5~8kPa,用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗,采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到涂层耐磨轴瓦,其中清洗后第三物料负偏压为-120~-160V,沉积温度为390~410℃,涂层耐磨轴瓦的涂层厚度为2~6μm;涂层中的元素按重量百分比包括:V:0.3~0.4%,Mg:2~5%,Mo:1.2~1.5%,Zr:2~4%,Cr:4.4~4.8%,Cu:3.2~3.6%,Y:0.9~1.2%,Ti:22~25%,Al:25~28%,余量为N。
2.根据权利要求1所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S4的涂层中,Cr元素、Al元素、Ti元素的关系如下:100×nCr=10×(nAl-nTi)+4.4,其中nCr、nAl、nTi分别表示Cr元素、Al元素、Ti元素在涂层中所占重量百分比。
3.根据权利要求1或2所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S4的涂层中,Zr元素、Y元素的关系如下:1.66≤nZr/nY≤4.45,其中nZr、nY分别表示Zr元素、Y元素在涂层中所占重量百分比。
4.根据权利要求1或2所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S4的涂层中,V元素、Mg元素、Mo元素和Cu元素的重量比为0.32~0.34:3~4:1.3~1.4:3.3~3.5。
5.根据权利要求3所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S4的涂层中,V元素、Mg元素、Mo元素和Cu元素的重量比为0.32~0.34:3~4:1.3~1.4:3.3~3.5。
6.根据权利要求1或2所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S3中,将第二物料升温至605~610℃,保温3.3~3.6h,接着升温至855~860℃,保温2.4~2.8h,升温至1065~1070℃,保温2.2~2.4h,升温至1260~1270℃,保温3.5~3.8h,油冷至362~368℃,然后置于温度为260~270℃的硝盐浴中,维持温度为305~310℃,保温1.8~1.9h,空冷得到第三物料。
7.根据权利要求3所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S3中,将第二物料升温至605~610℃,保温3.3~3.6h,接着升温至855~860℃,保温2.4~2.8h,升温至1065~1070℃,保温2.2~2.4h,升温至1260~1270℃,保温3.5~3.8h,油冷至362~368℃,然后置于温度为260~270℃的硝盐浴中,维持温度为305~310℃,保温1.8~1.9h,空冷得到第三物料。
8.根据权利要求4所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S3中,将第二物料升温至605~610℃,保温3.3~3.6h,接着升温至855~860℃,保温2.4~2.8h,升温至1065~1070℃,保温2.2~2.4h,升温至1260~1270℃,保温3.5~3.8h,油冷至362~368℃,然后置于温度为260~270℃的硝盐浴中,维持温度为305~310℃,保温1.8~1.9h,空冷得到第三物料。
9.根据权利要求1或2所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S1的第一物料中,C元素和V元素的重量比为0.22~0.24:0.33~0.35。
10.根据权利要求3所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S1的第一物料中,C元素和V元素的重量比为0.22~0.24:0.33~0.35。
11.根据权利要求4所述涂层耐磨轴瓦的制备方法,其特征在于,S1的第一物料中,C元素和V元素的重量比为0.22~0.24:0.33~0.35。
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