CN107988554A - 一种液压泵花键轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种花键轴，具体涉及一种液压泵花键轴，属于合金钢材料领域。液压泵花键轴由合金钢制成，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：0.99‑1.21％，Si：0.26‑0.32％，Mn:0.34‑0.39％，Cr:1.8‑2.1％，Ni:0.23‑0.34％，Mo:0.34‑0.42％，Nb:0.65‑0.80％，余量为Fe；所述合金钢表面依次涂覆锌层和没食子酸‑H2TiF6涂层。本发明采用复压复烧的方法制备液压泵花键轴，不仅可以降低合金钢的孔隙度，从而提升合金钢的拉伸轻度和伸长率，而且可以改变孔隙的形状，使得合金钢在拉伸过程中的变形更加均匀且可减少应力集中。

Description

一种液压泵花键轴
发明领域
本发明涉及一种花键轴，具体涉及一种液压泵花键轴，属于合金钢材料领域。
背景技术
随着国内工程机械行业的快速发展，对于工程机械的可靠性控制越来越严格。为提高工程机械的可靠性，做为工程机械核心部件的液压泵的稳定性也要求越来越高，而液压泵的稳定性又取决于液压泵中的主要传动零件花键轴的精度。
现工程机械的主要零件液压泵花键的盲孔内花键的加工艺主要是用插齿加工，加工精度只能达到7级，传动花键有一定的间隙，不仅对于液压系统传动的稳定性有影响，而且间隙的存在会加快零件的磨损，影响使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种耐磨损的液压泵花键轴。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种耐磨损的液压泵花键轴，所述液压泵花键轴由合金钢制成，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：0.99-1.21％，Si：0.26-0.32％,Mn:0.34-0.39％,Cr:1.8-2.1％,Ni:0.23-0.34％,Mo:0.34-0.42％,Nb:0.65-0.80％，余量为Fe；所述合金钢表面依次涂覆锌层和没食子酸-H2TiF6涂层。
本发明通过在合金钢表面涂覆锌层和没食子酸-H2TiF6涂层，能够使得到的合金钢具有耐腐蚀和耐磨损性能。其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.2-0.25％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到没食子酸中，调节pH至3-3.2，搅拌均匀。在本发明合金钢中，所述没食子酸的浓度为0.02-0.026％。本发明通过在合金钢表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层，没食子酸-H2TiF6体系伴随着溶胶中-Si-O-分子有机长链的相互缠绕的扩散作用，微粒进入锌层的表面缝隙中，起到填充成膜作用，能够使得到的涂层均匀，致密性能好。同时，加入胶体硅溶胶，可提高涂层成膜性，并降低镀锌层表面涂层固化温度，还能起到抑制镀锌层黑变霉化的作用。
本发明液压泵花键轴采用铬钼合金钢，铬钼合金钢具有高强度和高韧性，还具有优良的淬透性，其中铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。而钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。结构钢中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
在本发明液压泵花键轴中，通过在合金钢中加入Si，能够提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合性能特别是弹性模量有利，还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀能力，但合金钢中Si含量过高，则对钢的焊接性能不利，有损焊缝质量，并易导致冷脆，因此本发明选用上述含量的Si。
另外，锰是好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧度影响很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰还能显著降低钢的心温度和奥氏体分解速度。但是作为合金元素锰也有它不利的一面。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性敏感性。冶炼浇铸和锻轧后冷却不当时，容易使钢产生白点。
本发明通过在合金钢中添加Nb，未固溶的Nb在奥氏体晶界处沉淀生成碳化物或氮化物产生钉扎力，阻止晶粒长大的作用和沉淀强化作用均随其体积分数的增加而增大，随着合金钢中Nb含量的增多，材料硬度、抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均得到提高。但当合金钢中Nb含量大于0.8％时，沉淀形成的碳化物或氮化物直径增长较快，晶粒尺寸阈值变大，晶粒长大速度加快，从而使部分原来处于钉扎状态的晶粒解钉而长大，细化晶粒作用变小，断后伸长率下降，从而使材料强度等机械性能降低。
本发明的另一个目的在于提供一种上述液压泵花键轴的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；
预烧冷却：在900-925℃氢气气氛下预烧30-35min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在725-735MPa下复压；
烧结冷却：在1060-1080℃氢气气氛下烧结30-35min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品。
本发明采用复压复烧的方法制备液压泵花键轴，在制备过程中孔隙较小且比较圆滑，并弥散分布在合金钢基体中，而合金钢基体的强度和塑性会随着孔隙度的增加而降低，由于在铁基体中，孔隙的存在不会引起大的应力集中，但会削弱合金钢承载的有效断面，导致应力沿烧结材料的显微体积分布不均匀。而本发明采用复压复烧工艺，不仅可以降低合金钢的孔隙度，从而提升合金钢的拉伸轻度和伸长率，而且可以改变孔隙的形状，在复压过程中，合金钢中的孔隙会变小且形状也发生变化，在复烧过程中会导致孔壁的圆滑平直化和球化，使得合金钢在拉伸过程中的变形更加均匀且可减少应力集中。
在上述一种液压泵花键轴的制备方法中，所述压制成型的压力为625-638Mpa。
在上述一种液压泵花键轴的制备方法中，所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.4-0.45％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.8-0.85％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.65-0.7％。本发明通过加入片状石墨，能够在压制过程中起到润滑作用，有利于减少压制过程中压力的损失，从而提高压坯密度；但由于石墨的密度比铁的密度低得多，过多的石墨会使混合粉末理论密度降低，因而降低压坯的密度，因此本发明选用上述成分的片状石墨。
在上述一种液花泵花键轴的制备方法中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5-5.5:4-4.2:1制备而成的，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1-1.2h后保温得增强相预制坯。所述TiO2粉的粒径为0.1-0.2μm，所述Al2O3颗粒的粒径为200-225μm，所述焙烧温度为1000-1020℃。
本发明通过将增强相预制坯与合金钢预制坯进行复压，能够使Al2O3颗粒都呈不规则多边形均匀分布于合金钢基体中，使得合金钢基体与Al2O3颗粒结合紧密，而添加TiO2后，能够使复合材料界面形成一层Al2TiO5和TiO2组成的界面改性层，其中Al2TiO5是由TiO2与Al2O3反应生成的。此界面改性层能够有效地改善界面结合方式，使界面由简单的机械结合变为冶金结合。添加TiO2的复合材料界面结合良好，无明显的裂纹，Al2O3颗粒主要表现为穿晶断裂，说明加入TiO2显著提高了界面结合强度，起到主要作用的为Fe-TiO2-Al2O3的过渡层。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明液压泵花键轴通过在合金钢表面涂覆锌层和没食子酸-H2TiF6涂层，能够使得到的合金钢具有耐腐蚀和耐磨损性能。
2、本发明液压泵花键轴通过在合金钢材料中加入Mo和Nb，能够提高钢的疲劳抗力，减小合金钢对缺口的敏感性，从而显著提高钢的热塑性，降低了钢连铸过程的裂纹敏感性；
3、本发明采用复压复烧的方法制备液压泵花键轴，不仅可以降低合金钢的孔隙度，从而提升合金钢的拉伸轻度和伸长率，而且可以改变孔隙的形状，使得合金钢在拉伸过程中的变形更加均匀且可减少应力集中。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；其中，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：0.99％，Si：0.26％,Mn:0.34％,Cr:1.8％,Ni:0.23％,Mo:0.34％,Nb:0.65％，余量为Fe；所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.4％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.8％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.65％；压制成型的压力为625Mpa；
预烧冷却：在900℃氢气气氛下预烧30min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在725MPa下复压；其中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5:4:1制备而成，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1h后保温得增强相预制坯；所述TiO2粉的粒径为0.1μm，所述Al2O3颗粒的粒径为200μm，所述焙烧温度为1000℃；
烧结冷却：在1060℃氢气气氛下烧结30min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品；其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.2％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到浓度为0.02％的没食子酸中，调节pH至3，搅拌均匀。
实施例2
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；其中，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：1.05％，Si：0.28％,Mn:0.35％,Cr:1.9％,Ni:0.25％,Mo:0.36％,Nb:0.68％，余量为Fe；所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.41％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.81％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.66％；压制成型的压力为628Mpa；
预烧冷却：在908℃氢气气氛下预烧31min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在727MPa下复压；其中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5.1:4.05:1制备而成，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1.05h后保温得增强相预制坯；所述TiO2粉的粒径为0.12μm，所述Al2O3颗粒的粒径为208μm，所述焙烧温度为1005℃；
烧结冷却：在1065℃氢气气氛下烧结31min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品；其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.21％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到浓度为0.022％的没食子酸中，调节pH至3.05，搅拌均匀。
实施例3
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；其中，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：1.1％，Si：0.29％,Mn:0.36％,Cr:1.95％,Ni:0.28％,Mo:0.38％,Nb:0.72％，余量为Fe；所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.43％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.82％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.68％；压制成型的压力为631Mpa；
预烧冷却：在913℃氢气气氛下预烧32min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在730MPa下复压；其中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5.25:4.1:1制备而成，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1.1h后保温得增强相预制坯；所述TiO2粉的粒径为0.15μm，所述Al2O3颗粒的粒径为214μm，所述焙烧温度为1010℃；
烧结冷却：在1070℃氢气气氛下烧结32min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品；其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.23％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到浓度为0.023％的没食子酸中，调节pH至3.1，搅拌均匀。
实施例4
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；其中，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：1.15％，Si：0.30％,Mn:0.38％,Cr:2.0％,Ni:0.3％,Mo:0.4％,Nb:0.78％，余量为Fe；所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.44％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.84％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.68％；压制成型的压力为635Mpa；
预烧冷却：在920℃氢气气氛下预烧34min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在733MPa下复压；其中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5.4:4.15:1制备而成，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1.15h后保温得增强相预制坯；所述TiO2粉的粒径为0.18μm，所述Al2O3颗粒的粒径为220μm，所述焙烧温度为1015℃；
烧结冷却：在1075℃氢气气氛下烧结34min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品；其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.24％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到浓度为0.025％的没食子酸中，调节pH至3.15，搅拌均匀。
实施例5
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；其中，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：1.21％，Si：0.32％,Mn:0.39％,Cr:2.1％,Ni:0.34％,Mo:0.42％,Nb:0.8％，余量为Fe；所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.45％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.85％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.7％；压制成型的压力为638Mpa；
预烧冷却：在925℃氢气气氛下预烧35min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在735MPa下复压；其中，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为5.5:4.2:1制备而成，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1.2h后保温得增强相预制坯；所述TiO2粉的粒径为0.2μm，所述Al2O3颗粒的粒径为225μm，所述焙烧温度为1020℃；
烧结冷却：在1080℃氢气气氛下烧结35min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品；其中，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.25％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到浓度为0.026％的没食子酸中，调节pH至3.2，搅拌均匀。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，该实施例液压泵花键轴中在制备过程中没有加入片状石墨，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，该实施例液压泵花键轴在制备过程中没有加入增强相预制坯，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴采用普通市售合金钢，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢上没有涂覆涂层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢上只涂覆锌层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢上只涂覆没食子酸-H2TiF6涂层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢中不含有Mo元素，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢中不含有Nb元素，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例7
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢中Mo元素的含量为0.45％，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例8
与实施例1的区别仅在于，该对比例液压泵花键轴的合金钢中Nb元素的含量为0.60％，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
将实施例1-7及对比例1-8中的液压泵花键轴进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1：实施例1-7及对比例1-8中的液压泵花键轴测试结果
从上述结果可以看出，本发明采用复压复烧的方法制备液压泵花键轴，不仅可以降低合金钢的孔隙度，从而提升合金钢的拉伸轻度和伸长率，而且可以改变孔隙的形状，使得合金钢在拉伸过程中的变形更加均匀且可减少应力集中。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种液压泵花键轴，其特征在于，所述液压泵花键轴由合金钢制成，所述合金钢具体包括如下质量百分比的成分：C：0.99-1.21％，Si：0.26-0.32％,Mn:0.34-0.39％,Cr:1.8-2.1％,Ni:0.23-0.34％,Mo:0.34-0.42％,Nb:0.65-0.80％，余量为Fe；所述合金钢表面依次涂覆锌层和没食子酸-H2TiF6涂层。
2.根据权利要求1所述的一种液压泵花键轴，其特征在于，所述没食子酸-H2TiF6涂层的制备包括如下步骤：将浓度为0.2-0.25％的H2TiF6和胶体硅溶胶加入到没食子酸中，调节pH至3-3.2，搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的一种液压泵花键轴，其特征在于，所述没食子酸的浓度为0.02-0.026％。
4.一种如权利要求1所述的液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
压制成型：称取合金钢原料，球磨成粉，再与片状石墨、石蜡、硬脂酸锌压制成型；
预烧冷却：在900-925℃氢气气氛下预烧30-35min，水冷出炉得预烧坯；
复压：将预烧坯与增强相预制坯在725-735MPa下复压；
烧结冷却：在1060-1080℃氢气气氛下烧结30-35min后水冷，出炉得液压泵花键轴半成品；
涂层涂覆：在液压泵花键轴半成品表面涂覆没食子酸-H2TiF6涂层得液压泵花键轴成品。
5.根据权利要求4所述的一种液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述压制成型的压力为625-638Mpa。
6.根据权利要求4所述的一种液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述片状石墨的加入量为合金钢原料质量的0.4-0.45％，所述石蜡的加入量为合金钢原料质量的0.8-0.85％，所述硬脂酸锌的加入量为合金钢原料质量的0.65-0.7％。
7.根据权利要求4所述的一种液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述增强相预制坯由TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃按照质量比为(5-5.5):(4-4.2):1制备而成。
8.根据权利要求7所述的一种液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述增强相预制坯的制备方法包括如下步骤：将TiO2粉、Al2O3颗粒和水玻璃在球磨机中混合，压制并焙烧1-1.2h后保温得增强相预制坯。
9.根据权利要求8所述的一种液压泵花键轴的制备方法，其特征在于，所述TiO2粉的粒径为0.1-0.2μm，所述Al2O3颗粒的粒径为200-225μm，所述焙烧温度为1000-1020℃。
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