CN108823522A - 一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，它涉及一种对钢球表面进行改性的方法。本发明的目的是要解决使用现有工装对钢球进行改性时钢球的摆放密集，影响气氛充分流动，钢球与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次钢球的渗层不均匀的问题。方法：一、使用钢材料加工刃型支架；二、组装钢球化学热处理专用工装；三、将多个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上；四、利用表面改性设备对钢球化学热处理专用工装上的多个钢球进行表面改性，得到表面改性后的钢球。本发明适用于对钢球表面改性。

Description

一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法
技术领域
本发明涉及一种对钢球表面进行改性的方法。
背景技术
目前滚动轴承的滚动体钢球有表面改性的需求，但由于工装等技术的限制，使滚动体氮化的效果始终达不到技术的要求，因此，表面改性未在滚动体钢球中得到应用；其中具体问题如下：
(1)钢球的摆放密集，影响气氛充分流动，导致遮挡面的氮化、渗碳或氰化不充分。
(2)钢球与钢球之间，钢球与工装之间接触面过大，导致同一钢球氮化、渗碳或氰化不均匀。
(3)料筐深度至少为钢球直径的十几倍，影响筐壁附近钢球的氮化效果，导致同批次钢球渗层的不均匀。
发明内容
本发明的目的是要解决使用现有工装对钢球进行改性时钢球的摆放密集，影响气氛充分流动，钢球与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次钢球的渗层不均匀的问题，而提供一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法。
一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到钢球化学热处理专用工装；
三、将多个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上，且每两个钢球之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对钢球化学热处理专用工装上的多个钢球进行表面改性，得到表面改性后的钢球，即完成一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
本发明的有益效果：
一、采用本发明的方法，虽然钢球与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性碳、碳与氮原子因碳、碳与氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的渗碳或氰化工艺过程中的渗层一致性问题；
二、采用本发明的方法，虽然钢球与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性氮原子因氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的氮化工艺过程中的渗层一致性问题；
三、采用本发明的钢球化学热处理专用工装对钢球进行表面改性，减少了待渗钢球的几何空间屏蔽效应，保证渗碳或氰化气氛的充分流动，使钢球充分与渗碳/氰化气氛接触，保证改性后的钢球的渗层深度均匀；
四、采用本发明的钢球化学热处理专用工装对钢球进行表面改性，减少了待处理钢球的几何空间屏蔽效应，保证氮化气氛的充分流动，使钢球充分与氮化气氛接触，保证了改性后的钢球的氮化层深度均匀；
五、本发明利用钢球化学热处理专用工装对钢球氮化处理，钢球的渗层为0.1mm～0.14mm，氮化均匀性为±0.02mm；
六、本发明利用钢球化学热处理专用工装对钢球渗碳处理或氰化处理，钢球的渗层为0.9mm～1mm，渗层均匀性为±0.05mm。
本发明适用于对钢球表面改性。
附图说明
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为钢球；
图4为实施例一步骤三中将两个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到钢球化学热处理专用工装；
三、将多个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上，且每两个钢球之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对钢球化学热处理专用工装上的多个钢球进行表面改性，得到表面改性后的钢球，即完成一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
本实施方式的有益效果：
一、采用本实施方式的方法，虽然钢球与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性碳、碳与氮原子因碳、碳与氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的渗碳或氰化工艺过程中的渗层一致性问题；
二、采用本实施方式的方法，虽然钢球与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性氮原子因氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的氮化工艺过程中的渗层一致性问题；
三、采用本实施方式的钢球化学热处理专用工装对钢球进行表面改性，减少了待渗钢球的几何空间屏蔽效应，保证渗碳或氰化气氛的充分流动，使钢球充分与渗碳/氰化气氛接触，保证改性后的钢球的渗层深度均匀；
四、采用本实施方式的钢球化学热处理专用工装对钢球进行表面改性，减少了待处理钢球的几何空间屏蔽效应，保证氮化气氛的充分流动，使钢球充分与氮化气氛接触，保证了改性后的钢球的氮化层深度均匀；
五、本实施方式利用钢球化学热处理专用工装对钢球氮化处理，钢球的渗层为0.1mm～0.14mm，氮化均匀性为±0.02mm；
六、本实施方式利用钢球化学热处理专用工装对钢球渗碳处理或氰化处理，钢球的渗层为0.9mm～1mm，渗层均匀性为±0.05mm。
本实施方适用于对钢球表面改性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤三中每两个钢球之间的距离为30mm～100mm。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中每两个钢球之间的距离为30mm～70mm。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，具体方法为：一、在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％或向气体氮化炉内通氨气25min～35min；二、在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，然后在氨气气氛、温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，然后在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛和温度为740℃～760℃下保持25min～35min，然后将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，乙炔气体的流量为1000L/h，再在乙炔气氛、温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，然后随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，煤油的通入量为10mL/min，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛和温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中所述的表面改性为渗碳处理或氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的钢材料为GCr15；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；钝角三角形的三个角分别为30°、135°和15°；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α为60°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口进行点接触，得到钢球化学热处理专用工装；
三、将两个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上，两个钢球之间的距离为50mm；
四、利用表面改性设备对钢球化学热处理专用工装上的两个钢球进行表面改性，得到表面改性后的钢球，即完成一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理，氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在室温下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，向气体氮化炉内通气30min，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至510℃，再在氨气气氛和温度为510℃的条件下保温55h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
实施例一步骤三中所述的钢球的材质为W9Cr4V2Mo。
实施例一中表面改性后的钢球的渗层均匀性为±0.02mm，渗层均匀性较好。
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图1中α为45°，β为30°。
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为钢球；
图4为实施例一步骤三中将两个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上的俯视图。

Claims (9)

1.一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到钢球化学热处理专用工装；
三、将多个钢球放置在钢球化学热处理专用工装上，且每两个钢球之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对钢球化学热处理专用工装上的多个钢球进行表面改性，得到表面改性后的钢球，即完成一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤二中钢球放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。
3.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个钢球之间的距离为30mm～100mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个钢球之间的距离为30mm～70mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，具体方法为：一、在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％或向气体氮化炉内通氨气25min～35min；二、在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，然后在氨气气氛、温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
6.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，然后在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛和温度为740℃～760℃下保持25min～35min，然后将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，乙炔气体的流量为1000L/h，再在乙炔气氛、温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，然后随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。
7.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，煤油的通入量为10mL/min，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛、温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。
8.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
9.根据权利要求1所述的一种利用钢球化学热处理专用工装对钢球表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的表面改性为渗碳处理或氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
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