CN106119770A - 销轴表面钒钛共渗强化工艺 - Google Patents

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CN106119770A CN201610713155.9A CN201610713155A CN106119770A CN 106119770 A CN106119770 A CN 106119770A CN 201610713155 A CN201610713155 A CN 201610713155A CN 106119770 A CN106119770 A CN 106119770A
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姚胜强
费侃
钟浙奇
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
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Abstract

本发明公开了销轴表面钒钛共渗强化工艺，（1）精磨销轴；（2）盐浴配方：5‑10%无水硼砂，45‑55%粉状钒粉，40‑45%二氧化钛以及一定量的还原剂，称取各组分并混合均匀；（3）加入精磨的销轴充分搅拌后装入密封罐内，并在1000℃环境中保温8‑10h，进行钒钛共渗；（4）经过钒钛共渗后的销轴随炉冷却；（5）冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；（6）后续对销轴进行常规淬火与回火。具有以下优点：渗透速度快，钒钛共渗层的耐磨性、抗擦伤性能比渗铬层强，渗层更加均匀；钒钛共渗销轴的渗层相比渗铬的渗层要更加质密，渗层与基体之间结合强度更好，表面强度大大提高，提高了耐磨性能和剪切强度。

Description

销轴表面钒钛共渗强化工艺
技术领域
本发明属于汽车零部件制造领域，具体地涉及一种可以在较大载荷、耐磨损、抗腐蚀、抗氧化、疲劳性能好且使用寿命长的链条销轴表面钒钛共渗强化工艺。
背景技术
由于链条行业飞速的发展和零部件对耐磨、抗蚀、抗高温氧化等性能的要求的不断提高，促进了零件表面强化工艺的发展。其中，零件表面渗金属发展与应用尤为迅速。目前较为成熟的表面强化工艺是表面渗铬强化，渗铬零件表面的性能虽然有所提升，但是渗层的性能依然较差，且存在不少的弱点。渗铬层的抗高温氧化性能虽好，但硬度较低，耐磨性较差，且容易出现深层剥落，在低、中碳钢的渗铬层下均易形成贫碳区，故只适用于轻载下工作的工件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种避免销轴渗铬工艺中硬度低，耐磨性较差，易剥落的不足，设计出一种可以使渗金属零件能承受更大载荷，热疲劳性能好，高硬度，高耐磨性的销轴表面钒钛共渗强化工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供的销轴表面钒钛共渗强化工艺，工艺如下：
（1）精磨销轴；
（2）盐浴配方：5-10%无水硼砂，45-55%粉状钒粉，40-45%二氧化钛以及一定量的还原剂，称取各组分并混合均匀；
（3）加入精磨的销轴充分搅拌后装入密封罐内，并在1000℃环境中保温8-10h，进行钒钛共渗；
（4）经过钒钛共渗后的销轴随炉冷却；
（5）冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；
（6）后续对销轴进行常规淬火与回火。
钒粉和氧气反应产生五氧化二钒（V2O5），此时盐浴中有五氧化二钒（V2O5）和二氧化钛（Ti02）两种氧化物并存。
已知各元素氧化物稳定性下降顺序如下:
Ca Mg Zr Al Ti Si B Cr Nb V W
所述的还原剂为排列在各元素前面的每个元素，两种氧化物中二氧化钛（Ti02）最为稳定，五氧化二钒（V2O5）稳定性最差，当向盐浴中加入还原剂后，首先被还原的是钒，若还原剂过量才有可能同时还原出钛，依还原剂的用量不同可以分别得到活性的钒、钒钛原子，以实现钢的渗钒、钒钛共渗。在进行钒钛共渗时，若用铝作为还原剂，则盐浴内主要发生下列化学反应:
2/5V2O5+4/3Al=4/5V+2/3Al2O3
Ti02+4/3Al= Ti +2/3Al2O3
由上述化学反应得到活性的钒钛原子。当工件浸入盐浴后，活性的钒钛原子同时吸附于钢的表面并向内层扩散，随后钒和钛就和钢基体中的碳形成各自的碳化物。由于碳化物中的碳来自于基体，为保证基体渗金属后仍有足够的含碳量，不至于形成局部贫碳区，需要用于渗金属的销轴原材料具有较高的含碳量，一般含碳量应>0.6%。
进一步，所述的销轴的表面粗糙度≤ Ra0.1μm。
进一步，所述的销轴表面渗层厚度为10-15μm且渗层厚度均匀。
进一步，所述的销轴材料为GCr15 轴承钢。经大量实验，分析数据得出结论，采用GCr15轴承钢做材料的销轴经过钒钛共渗后销轴表面各性能效果均优于普通钢材做基体的钒钛共渗效果。
本发明的销轴表面钒钛共渗强化工艺与现有技术相比，具有以下优点：渗透速度快，钒钛共渗层的耐磨性、抗擦伤性能比渗铬层强，渗层更加均匀；钒钛共渗销轴的渗层相比渗铬的渗层要更加质密，渗层与基体之间结合强度更好，表面强度大大提高，提高了耐磨性能和剪切强度。
附图说明
图1为销轴经过渗铬处理后的金相图；
图2为销轴经过钒钛共渗处理后的金相图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
本实施例提供的销轴表面钒钛共渗强化工艺，将用GCr15 轴承钢材料制做的销轴经过精磨；按盐浴配方：5-10%无水硼砂，45-55%粉状钒粉，40-45%二氧化钛以及一定量的还原剂Al，称取各组分并混合均匀；加入精磨的销轴充分搅拌后装入密封罐内，并在1000℃环境中保温8-10h，进行盐浴钒钛共渗；经过钒钛共渗后的销轴随炉冷却；冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；后续对销轴进行淬火与回火。
已知各元素氧化物稳定性下降顺序如下:
Ca Mg Zr Al Ti Si B Cr Nb V W
两种氧化物中二氧化钛（Ti02）最为稳定，五氧化二钒（V2O5）稳定性最差，当向盐浴中加入还原剂Al后，首先被还原的是钒原子，其次是钛原子，以实现钢的钒钛共渗。
渗层10-15μm，渗层均匀，销轴表面粗糙度≤ Ra0.1μm，渗层硬度可以达到2400-2600HV。
如图1-2所示，钒钛共渗销轴的渗层相比渗铬的渗层要更加质密，渗层与基体之间结合强度更好，表面强度大大提高，提高了耐磨性能和剪切强度。

Claims (7)

1.一种销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于工艺如下：
（1）精磨销轴；
（2）盐浴配方：5-10%无水硼砂，45-55%粉状钒粉，40-45%二氧化钛以及一定量的还原剂，称取各组分并混合均匀；
（3）加入精磨的销轴充分搅拌后装入密封罐内，并在1000℃环境中保温8-10h，进行钒钛共渗；
（4）经过钒钛共渗后的销轴随炉冷却；
（5）冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；
（6）后续对销轴进行常规淬火与回火。
2.根据权利要求1所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：钒粉和氧气反应产生五氧化二钒，此时盐浴中有五氧化二钒和二氧化钛两种氧化物并存。
3.根据权利要求2所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：已知各元素氧化物稳定性下降顺序如下: Ca Mg Zr Al Ti Si B Cr Nb V W，所述的还原剂为排列在各元素前面的每个元素，两种氧化物中二氧化钛最为稳定，五氧化二钒稳定性最差，当向盐浴中加入还原剂后，首先被还原的是钒，若还原剂过量才有可能同时还原出钛，依还原剂的用量不同可以分别得到活性的钒、钒钛原子，以实现钢的渗钒、钒钛二元共渗。
4.根据权利要求2所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：所述销轴原材料的含碳量大于0.6%。
5.根据权利要求2所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：所述的销轴的表面粗糙度≤ Ra0.1μm。
6.根据权利要求2所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：所述的销轴表面渗层厚度为10-15μm且渗层厚度均匀。
7.根据权利要求2所述的销轴表面钒钛共渗强化工艺，其特征在于：所述的销轴材料为GCr15 轴承钢。
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