CN106148881B - 用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块及其制造方法。此渗碳沃斯回火滑块包含有一基材，可活动性设置于一滑轨上；及至少一硬化表层，经过渗碳沃斯回火热处理以形成于基材上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种用于线性滑轨的滑块及其制造方法，特别是有关于一种表面形成有变韧铁硬化表层，能够延长使用寿命的渗碳沃斯回火滑块及其制造方法。
背景技术
按，由于精密进给系统的不断研发改进，线性传动技术及其产品已经成为许多精密机具中最重要的部份，常见者诸如线性滑轨、滚珠螺杆等，特别是线性滑轨已被广泛安装于许多精密机具设备上，可藉以提高机件滑移的精密度、顺畅度、稳定性及使用寿命等。
一般线性滑轨包含有滑块10与滑轨20，如图1所示，线性滑轨的关键组件是滑块10，直接影响设备的使用寿命、生产效率和设备的质量与成本。然而，习知的滑块10在经由旧有制程形成时会构成麻田散铁表层，当使用一段时间后，滑块10常因疲劳性能不够或开裂而失效，而在近年中由于机器使用线性滑轨的运转速度增加，因此线性滑轨的滑块10于运动时所产生的失效将会对系统产生严重的问题。
再者，习知技术采用油淬进行热处理时，高温零件从摄氏820-950度左右冷却至摄氏60-150度淬火时，零件也从沃斯田铁立刻转变为麻田散铁。在淬火中，由于二种组织的体积不同，而滑块形状也是不规则，所以表层和里层，厚度大和厚度小，在体积转变时，有一定时间差，体积不同造成的扭曲变形。所以由沃斯田铁立刻转变为麻田散铁的热处理方式，除了体积涨大外，它还伴随着一定程度的扭曲变形；所以由沃斯田铁立刻转变为麻田散铁的热处理方式，呈现一个不规则的变形量，因此热处理前的初加工时，必须预留较大的研磨加工量。除了研磨加工成本大外，也必须加长热处理时间，以便得到较大渗碳层深度，进一步的增加成本。
发明内容
有鉴于上述习知技艺的问题，本发明的目的就是在提供一种用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块及其制造方法，以解决习知滑块容易因疲劳性能不够或开裂而失效的问题。
根据本发明的目的，提出一种用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块，其包含：一基材，可活动性设置于一滑轨上；及至少一硬化表层，经过渗碳沃斯回火热处理以形成于该基材上。
较佳地，此渗碳沃斯回火滑块更包含一接层，经过渗碳沃斯回火热处理以形成于基材与至少一硬化表层之间。
较佳地，基材为金属所制。
较佳地，至少一硬化表层为高碳的变韧铁组织。
较佳地，接层为变韧铁组织。
较佳地，接层为变韧铁及麻田散铁的混合组织。
根据本发明的目的，又提出一种用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块，其包含：一基材，为金属所制，基材可活动性设置于一滑轨上；及至少一硬化表层，经过渗碳沃斯回火热处理以形成于基材上，硬化表层为高碳的变韧铁组织。
根据本发明的目的，再提出一种渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其包含下列步骤：对一滑块毛胚进行初加工，以将滑块毛胚切削为所需对应的体积；将经初加工后的滑块毛胚于气氛保护环境加热至摄氏820度至1000度，以对滑块毛胚进行沃斯田铁化固溶处理及表面渗碳处理，进而形成趋近于完成品的一滑块；将滑块放置于盐槽中以降温至摄氏160度至400度进行沃斯回火处理(Austempering)；再将滑块自盐槽中取出以进行清洗及干燥程序；以及对滑块再次进行回火处理(Tempering Treatment)后，将滑块冷却至室温，进而产生一表面形成有为变韧铁组织的一硬化表层的渗碳沃斯回火滑块。
较佳地，滑块透过空冷或风冷的方式冷却至室温。
较佳地，此渗碳沃斯回火滑块的制造方法更包含下列步骤：将渗碳沃斯回火滑块进行研磨精加工。
较佳地，渗碳沃斯回火滑块的洛氏硬度可为35~60度。
较佳地，渗碳沃斯回火滑块的强度可为900~ 2200牛顿/平方毫米。
较佳地，该气氛保护环境的气氛可为一氧化碳、氢气及氮气的混合气体。
承上所述，本发明所制成的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块，在其表面有一层高碳变韧铁组织的硬化表层，或进一步于硬化表层下方有一层变韧铁及麻田散铁混合组织的接层，能够大幅提高材料的疲劳性能，有效的改善了低碳合金钢滑块表面剥离的问题，并达到表面压应力增加及变韧铁晶界无裂纹，延长线性滑轨的使用寿命。
附图说明
图1为习知技术的滑块的示意图。
图2为本发明的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块的第一实施例的第一示意图。
图3为本发明的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块的第一实施例的第二示意图。
图4为本发明的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块的第二实施例的示意图。
图5为本发明的渗碳沃斯回火滑块的制造方法的流程图。
图6为本发明的渗碳沃斯回火滑块与习知技术的旋转弯曲疲劳性能比较的示意图。
图7为本发明的渗碳沃斯回火滑块与习知技术的负载与失效周期比较的示意图。
图8为本发明的渗碳沃斯回火滑块的金相组织结构。
图号说明：
10 渗碳沃斯回火滑块
11 基材
12 硬化表层
13 接层
20 滑轨
S1~S6步骤。
具体实施方式
请参阅图2及图3，其分别为本发明的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块的第一实施例的第一示意图及第二示意图。第一实施例中，滑块10包含有基材11及至少一硬化表层12，滑块10可活动性地设置于滑轨20上，其中基材11为金属所制成，较佳的制成材质为低碳合金钢。在本发明的渗碳沃斯回火热处理的技术中，渗碳程序后接着是一种可选择温度的沃斯回火过程，在沃斯回火的过程中，至少一硬化表层12将转变为高碳的变韧铁组织以形成于基材11上。所述渗碳沃斯回火热处理是一种稳定的过程，相较于淬火回火热处理技术有许多的优势。由于变韧铁的形成是在单一温度经过许多分钟或是数小时的转变，因此可以大幅减小变形量，而且没有开裂的问题，而透过该硬化表层12能够大幅提高材料的疲劳性能，有效的改善了滑块10表面剥离的问题，延长线性滑轨20的使用寿命。
接续，请参阅图4，其为本发明的用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块的第二实施例的示意图。于上述沃斯回火以形成硬化表层12的过程中，于硬化表层12下方、基材11的上方将会形成变韧铁组织的接层13，或者是变韧铁及麻田散铁的混合组织的接层13，所述接层13能够提供滑块10足够的强度和韧性。
请参阅图5，其为本发明的渗碳沃斯回火滑块的制造方法的流程图，其流程步骤如下：
步骤S1：对一滑块毛胚进行初加工，以将滑块毛胚切削为所需对应的体积。此步骤当滑块毛胚成形后，即可对滑块毛胚机械加工，在进行加工时需考虑到热处理变形量。
步骤S2：将经初加工后的滑块毛胚于气氛保护环境加热至摄氏820度至1000度，以对滑块毛胚进行沃斯田铁化固溶处理及表面渗碳处理，进而形成趋近于完成品的一滑块。此步骤将初加工后的滑块毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬生产线，透过保护气氛可避免工件表面氧化脱碳，透过计算机控制可避免人为因素影响，送至全自动盐淬生产线的滑块毛坯则可执行加热程序，其目的在于使滑块表面有一层硬化表层，并使基材均质化，使基材完全变态成为沃斯田铁，而表层渗碳量，也改变麻田散铁转变温度起始点。
步骤S3：将滑块放置于盐槽中以降温至摄氏160度至400度，再对滑块进行沃斯回火处理(Austempering)。其中，滑块在盐槽中需快速冷却，避免波来铁产生，而影响至材料的显微组织与机械性质。
步骤S4：将滑块自盐槽中取出以进行清洗及干燥程序。
步骤S5：对滑块再次进行回火处理(Tempering Treatment)后，将滑块冷却至室温，进而产生一表面形成有为变韧铁组织的一硬化表层的渗碳沃斯回火滑块。其中，渗碳沃斯回火滑块的硬度可达洛氏硬度35~60度，强度更可达到900~ 2200牛顿/平方毫米。
步骤S6：将渗碳沃斯回火滑块进行研磨精加工。
上述中，滑块是在全自动盐淬生产线中的气氛保护淬火炉中进行渗碳沃斯回火处理，该淬火炉为三腔室结构，三个腔室都是密封的且是在气氛保护环境下工作，在气氛保护环境及全自动计算机控制状态，避免人为因素影响，质量更加稳定。前室为淬火室，中间为过渡室，后室为加热室，三室之间都采用密封门加以隔绝；而该气氛保护环境的保护气氛，由氮气及甲醇进入加热室后裂解为20%的一氧化碳(CO)，40%的氢气(H2)以及40%的氮气(N2)所形成。前室的功能是进行沃斯田铁的金相转变淬火，该前室包含有盐槽、加热系统、搅拌系统、导流系统、热交换系统、气氛保护和给水系统、废气燃烧排放系统、升降机机构、前门火帘和前门、中门机构等。淬火过程为后室加热及保温后的沃斯田铁化滑块推至过渡室后迅速推到气氛保护下的前室升降机上，在关闭过渡门后迅速下降在流动淬火盐浴的盐槽中进行沃斯回火转变，等转变结束后升降机上升沥盐，而后打开前门在火帘封门下由门前小车拉出对工件进行清洗和防锈等辅助处理。
过渡室的功能是把前室的淬火盐浴气氛和后室的炉内气氛进行分开，并通过排气口把混入的气氛排出到炉外。过渡室包含有传动机构、气氛注入系统、废气燃烧排放系统和维修口。工作过程是工件预热后通过前室送入过渡室把带进的空气烧尽后由后驱动送入后室加热处理，后室工艺结束后再送入过渡室然后送入前室淬火。在进入过渡室的二个过程中都有气氛保护，防止工件的氧化和脱碳，保持炉内正压状态。
后室的功能是执行加热、保温或渗碳工艺。该后室包含有后驱动系统、炉顶搅拌系统、加热系统、温度气氛测量分析控制系统、耐热链轨、中门机构等。工作过程是把进入后室的工件加热到沃斯田铁化温度并在此温度下渗碳及保温，因而获得表层渗碳及沃斯田铁组织后送入前室淬火。整个工艺过程都是在密封炉膛并在气氛保护下进行，炉内保持正压。加热方式可采用电加热或燃气加热，辐射管采用大管径高温材料，温度圴匀性在正/负摄氏5度，炉顶搅拌风扇大流量大循环，多点滴注确保气氛均匀。
请参阅图6，其为本发明的渗碳沃斯回火滑块与习知技术的旋转弯曲疲劳性能比较的示意图。由此图可看出，在同样的制成材料(AISI 8620钢，表面硬度HRC55)下，透过本发明的渗碳沃斯回火处理制造方法所得的渗碳沃斯回火滑块相较于习知方法所产生的滑块有着更好的疲劳强度。例如，同样以124千磅的应力进行测试，习知的滑块大约在10的4次方次后失效，而本发明的渗碳沃斯回火滑块则约在10的5次方次后才会失效。另外，可参阅图7，其为本发明的渗碳沃斯回火滑块与习知技术的负载与失效周期比较的示意图，由第7图可看出，在施予同样的负载下，本发明与习知的失效疲劳强度分别开始于10500磅与9000磅，可见本发明经过更多的周期数才失效，相较于习知具有较佳的疲劳强度。再者，可参阅图8，其为本发明的渗碳沃斯回火滑块的金相组织结构，由图可看出，本发明金相组织细密无裂纹，能减少疲劳失效的发源的裂纹发生。
综上所述，透过本发明的制程所产生用于线性滑轨的渗碳沃斯回火滑块，可具备以下优点。
1、在高负载及低周期的情况时能大幅的提高疲劳强度。
2、具备高的抗拉强度。
3、可增加延伸率。
4、可大幅提升冲击性能。
5、可提高耐磨性能。
6、较可避免发生开裂的情形。
Claims (6)
1.一种渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
对一滑块毛胚进行初加工，以将该滑块毛胚切削为所需对应的体积；
将经初加工后的该滑块毛胚于气氛保护环境加热至摄氏820度至1000度，以对该滑块毛胚进行沃斯田铁化固溶处理及表面渗碳处理，进而形成趋近于完成品的一滑块；
将该滑块放置于盐槽中以降温至摄氏160度至400度进行沃斯回火处理(Austempering)；
将该滑块自盐槽中取出以进行清洗及干燥程序；
以及对该滑块再次进行回火处理(Tempering Treatment)后，将该滑块冷却至室温，进而产生一渗碳沃斯回火滑块，该渗碳沃斯回火滑块的表面形成一硬化表层，该硬化表层为变韧铁组织。
2.如权利要求1所述的渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，该滑块透过空冷或风冷的方式冷却至室温。
3.如权利要求1所述的渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
将该渗碳沃斯回火滑块进行研磨精加工。
4.如权利要求1所述的渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，该渗碳沃斯回火滑块的洛氏硬度为35~60度。
5.如权利要求1所述的渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，该渗碳沃斯回火滑块的强度为900~ 2200牛顿/平方毫米。
6.如权利要求1所述的渗碳沃斯回火滑块的制造方法，其特征在于，该气氛保护环境的气氛可由20%的一氧化碳及40%的氢气及40%的氮气所构成。
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