CN106086693B

CN106086693B - 一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺

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Publication number: CN106086693B
Application number: CN201610543486.2A
Authority: CN
Inventors: 袁书强; 郁浩峰; 程兴旺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: CN106086693A

Abstract

本发明涉及一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺，该液压泵材料的化学成分百分比含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.70～1.00wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.020wt%、P≤0.020wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe；其制备工艺为：按所述化学成分配比形成原料，将该原料采用电弧炉冶炼，经LF炉精炼、真空除气（VD），连铸或模铸成锭坯，通过轧制或锻造成液压泵所需的棒材，将棒材机械加工形成泵体毛坯，经1050℃±50℃覆铜工艺处理，减少先共析铁素体析出，形成泵体。本发明可以避免或减少先共析铁素体析出，提高泵体的强度，防止挤压装配铜套松动、脱出，满足液压泵对材料力学性能、氮化层深度和淬透性的要求。

Description

一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及泵材料领域，是一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺。

背景技术

液压行业常用的42CrMo、40Cr作为泵体材料，经过覆铜、氮化、感应处理等一系列热处理后，经机械加工达到产品规定的精度和性能要求。由于覆铜、氮化、感应处理等热过程对材料的组织、性能产生很大的影响，42CrMo在覆铜时先共析铁素体析出较少是一种理想的材料，但是其含有价格昂贵、储量较少的Mo 元素，价格波动很大且成本较高，使得泵体成本难于控制，对企业的成本控制和经营带来很大风险；40Cr在覆铜时大量析出先共析铁素体，使得泵体的强度大幅降低，带来“脱套”等问题，在高附加值的泵体无法使用。

为了提高泵体质量，日本川崎重工业技术研究所研制的海水泵选用不锈钢作缸体和柱塞的基体，并用陶瓷作为壳体衬里和柱塞表面强化喷涂材料；芬兰Hytar Oy公司和Tampere工业大学合作研制出端面配流式轴向柱塞高压海水泵，主要结构件使用AISI316不锈钢；丹麦Danfoss公司开发的海水泵主要零件采用超级双相不锈钢等特种材料，其他壳体等机构件则采用常规的双向不锈钢、AISI316、AISI302等材料；目前，国内也开展了渗氮处理1Cr13、2Cr13马氏体不锈钢和1Cr17铁素体不锈钢液压泵实验研究，但这些材料价格远高于42CrMo，不能满足我国液压泵市场的要求。由于价格的约束，开发价格在40Cr、42CrMo之间且满足采用1050℃覆铜、550℃氮化硬度、感应处理淬透性要求的低成本材料仍是一个极大的技术难题。

发明内容

为克服上述不足，本发明向本领域提供一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺，使其解决现有泵材40Cr采用1050℃覆铜出现先共析铁素体导致基体强度低、引起泵体挤压装配耐磨铜套“脱套”的技术问题。其采用如下技术方案实现。

该低成本液压泵材料的化学成分百分比含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.70～1.00wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.020wt%、P≤0.020wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe。其制备工艺为：按上述配比形成原料，采用电弧炉冶炼，经LF炉精炼、真空除气（VD），连铸或模铸成锭坯，通过轧制或锻造成液压泵所需的棒材，将棒材机械加工形成泵体毛坯。上述电弧炉冶炼，经LF炉精炼、真空除气（VD）的工艺亦可采用转炉、RH除气工艺。

泵体毛坯经过热处理后形成泵体；其中热处理工艺包括覆铜、氮化、感应淬火，使得泵体满足摩擦副焊接、表面耐磨、环齿强化的综合性能要求。覆铜工艺的温度为1050℃±50℃，减少先共析铁素体析出，提高泵体的强度，防止挤压装配铜套松动、脱出。该工艺制备得到的泵体，取样材料抗拉强度大于900MPa、600℃±50℃氮化处理氮化层深度大于0.3mm、感应处理齿部硬度大于65HRC范围内变化，满足液压泵等对材料力学性能、氮化层深度和淬透性的要求。

本发明在40Cr成分基础上，通过添加Mn、Si、B元素抑制40Cr先共析铁素体析出，提高了覆铜工艺后泵体的力学性能，具有更好的抗疲劳性能，满足各类泵体使用的寿命要求。制备的泵体抗拉强度、屈服强度、泵体硬度、氮化层硬度，氮化层深度、感应齿部硬度均高于40Cr，并与42CrMo接近，可以替代40Cr提高泵体的性能，降低“脱套”等因素造成的废品损失；在高档液压泵采用本发明替代42CrMo可以大幅度降低贵重元素Mo的消耗，并降低成本。

附图说明

图1是40Cr1050℃覆铜后齿部100倍金相组织图。

图2是40Cr1050℃覆铜后齿部200倍金相组织图。

图3是42CrMo1050℃覆铜后齿部100倍金相组织图。

图4是42CrMo1050℃覆铜后齿部200倍金相组织图。

图5是本发明1050℃覆铜后齿部100倍金相组织图。

图6是本发明1050℃覆铜后齿部200倍金相组织图。

具体实施方式

现结合具体实施例，对本发明作进一步描述。

实施例1：

采用500公斤感应炉冶炼，模铸成直径400毫米的锭坯，经750电液锤锻造成直径125毫米的棒材，材料成分为C0.38%、Si1.2wt%、Mn0.70wt%、Cr0.6wt%、S0.015wt%、P0.015wt%、B0.0015wt%，余量为Fe。

通过机械加工制备泵体毛坯，采用1050℃±50℃覆铜工艺、600℃±50℃氮化处理及感应处理。结果如下：1050℃覆铜，泵体取样材料抗拉强度915MPa；550℃氮化硬度652HV/5Kg，深度大于0.3mm；感应处理齿部硬度大于356HV，深度大于0.5mm，基体硬度346HV/0.3Kg，满足液压泵对材料力学性能、氮化层深度和淬透性的要求。

实施例2：

采用500公斤感应炉冶炼，模铸成直径400毫米的锭坯，经750电液锤锻造成直径125毫米的棒材，材料成分为C0.44wt%、Si1.6wt%、Mn1.00wt%、Cr1.1wt%、S0.010wt%、P0.016wt%、B0.0030wt%，余量为Fe。

通过机械加工制备泵体毛坯，采用1050℃±50℃覆铜工艺、600℃±50℃氮化处理及感应处理。结果如下：1050℃覆铜，泵体取样材料抗拉强度923MPa、550℃氮化硬度665HV/5Kg，深度大于0.3mm；感应处理齿部硬度大于534HV，深度大于0.5mm，基体硬度346HV/0.3Kg，满足液压泵对材料力学性能、氮化层深度和淬透性的要求。

实施例3：

采用50吨电弧炉冶炼，然后经LF炉精炼、真空除气（VD），除气后模铸制备成锭坯，经锻造成泵体使用的棒材，材料成分为C0.40wt%、Si1.4wt%、Mn0.90wt%、Cr0.9wt%、S0.014wt%、P0.020wt%、B0.00165wt%，余量为Fe。

通过机械加工制备泵体毛坯，在生产线与42CrMo、40Cr进行对比试验结果如下：

试验采用1050℃覆铜，泵体取样测量基体材料抗拉强度，550℃氮化测量氮化层硬度、深度，感应处理和解剖后测量齿部硬度、深度和基体硬度，产品考核对比结果见表1，基体力学性能及硬度对比结果见表2，40Cr先共析铁素体见附图1、附图2，42CrMo先共析铁素体见附图3、附图4，本发明先共析铁素体见附图5、附图6。

表1 本发明产品对比实验结果

材料	泵体材料硬度（HV/0.3Kg）	氮化层硬度(HV/5Kg)	氮化层深度(mm)	感应齿部硬度(HV)	感应硬化深度(mm)
						40Cr	290	620	0.3	339-505	1
42CrMo	380	675	0.35	471-632	1
						本发明	364	652	0.32	356-534	1

表2 基体力学性能及硬度实验结果

对比附图1到附图6，本发明通过材料成分的调整达到了抑制40Cr先共析铁素体目的。通过表1可以看出本发明制备的泵体硬度、氮化层硬度，氮化层深度、感应齿部硬度均高于40Cr，并与42CrMo接近；通过表2可以看出本发明泵体抗拉强度、屈服强度大于40Cr，并与42CrMo接近，伸长率大于42CrMo，并与40Cr接近，经氮化、感应处理后硬度优于40Cr及42CrMo，满足液压泵的使用要求。

Claims

1.一种适合于覆铜工艺的低成本液压泵材料的制备工艺，其特征在于该液压泵材料的化学成分百分比含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.70～1.00wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.020wt%、P≤0.020wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe；该制备工艺为：按所述化学成分配比形成原料，将该原料采用电弧炉冶炼，经LF炉精炼、VD真空除气，连铸或模铸成锭坯，通过轧制或锻造成液压泵所需的棒材，棒材经机械加工形成泵体毛坯，泵体毛坯经1050℃±50℃覆铜工艺处理，减少先共析铁素体析出，制得泵体。