CN109183045A - 一种汽车主轴的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车主轴的热处理工艺，涉及热处理领域。该工艺依次包括加热、渗碳、淬火、冷却清洗、回火、淬火、冷却清洗、以及连续两次回火，其中渗碳分为2.5‑3.5h的强渗以及1‑2h的扩散，并且其中冷却清洗为快油冷却。本发明具有以下优点和效果：通过两次淬火工艺以及多次回火工艺对主轴进行热处理，相当于对主轴进行调质处理，降低主轴的脆性，消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性，增大了主轴热处理后的使用寿命；同时通过快速油冷却代替传统的分级慢油冷却，提高主轴的淬透性，并且使其层深更加均匀，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及热处理工艺领域，特别涉及一种汽车主轴的热处理工艺。
背景技术
在材料处理和设备加工领域，热处理是一种常见的对材料表面和设备进行强化处理，使之具备各种良好特性的一类工艺，其中通过热处理可以大幅度提高工件的钢性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
传统的主轴在热处理时，常常将主轴先经过920℃的加热炉进行渗碳处理，再经过840℃淬火，最后清洗后经过180℃回火。上述热处理后的主轴渗碳淬火后的组织较为粗大，并且其残奥多，因此大幅度降低了主轴的使用寿命，有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车主轴的热处理工艺，具有提高主轴使用寿命的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种汽车主轴的热处理工艺，包括如下步骤：
S1：加热，将加热炉持续加热至900-930℃后，将主轴放置于加热炉内保温0.5-1h；
S2：渗碳，包括如下步骤：
S21：强渗，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温2.5-3.5h；
S22：扩散，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温1-2h；
S3：淬火，将加热炉内的温度降至840-860℃后，将主轴放入加热炉，保温0.4-0.6h；
S4：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
S5：回火，将加热炉降温至710-730℃后，将主轴放入加热炉，保温1.5-2.5h；
S6：淬火，将主轴取出并冷却至室温后，将加热炉重新加热至830-850℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h；
S7：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
S8：回火，将加热炉持续降温至200-220℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h。
通过采用上述技术方案，采用上述热处理工艺对主轴进行热处理时，分别采用两次淬火工艺以及两次回火工艺，并且两次淬火的温度以及两次回火的温度不尽相同，相当于对主轴进行调质处理，进而大幅度的降低主轴的脆性，同时消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性，增大了主轴热处理后的使用寿命。并且通过快速油冷却代替传统的分级慢油冷却，提高主轴的淬透性，并且其层深更加均匀，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：还包括如下步骤：
S9：回火，将主轴从加热炉内取出并冷却至室温后，将主轴再次放置于200-220℃的加热炉内，保温2-3h。
通过采用上述技术方案，通过连续两次回火，并且两次回火的温度与时间控制在相同范围内，降低主轴的脆性，消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性以及塑性，进一步提高主轴的质量，进而进一步提高了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S21中的碳势CP为1.1±0.05，步骤S22中的碳势CP为0.8±0.05，步骤S3中的碳势CP为0.8±0.05。
通过采用上述技术方案，因为碳势过高会导致主轴的含碳量增加，含碳量增加会导致主轴的表面出现炭黑，使得主轴较脆，即主轴容易发生断裂或损坏，进而降低了主轴的使用寿命。又因为碳势过低会导致主轴的含碳量降低，含碳量降低会降低主轴表面的硬度，进而降低主轴表面的承压能力，降低主轴的使用寿命。因此通过900-930℃的高温使得主轴的强渗阶段与淬火阶段的碳势CP为1.1±0.05、0.8±0.05以及0.8±0.05，进而使得主轴的含碳量恰好达到要求，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S3中的加热温度为850℃，保温时间为0.5h。
通过采用上述技术方案，因为淬火阶段的温度以及保温时间是影响碳势的主要因素，时间过高会导致主轴的含碳量增加，使得主轴较脆。时间过低将会导致主轴的含碳量不达标，同时会导致主轴的渗碳不均匀。因此通过设置高温且短时间的淬火，使得主轴表面的含碳量达到硬度标准，避免热处理后的主轴过脆或过软，增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S6中的加热温度为840℃，保温时间为2.5h。
通过采用上述技术方案，同比步骤S3，通过设置一定的温差对主轴进行二次淬火，并设置长时间的保温时间，降低主轴内的残余奥氏体，并且当主轴冷却后，奥氏体转变为马氏体，从而提高主轴的硬度，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S5中的加热温度为720℃，保温时间为2h。
通过采用上述技术方案，当主轴淬火后，迅速对主轴进行冷却以及回火，大幅度消除主轴中的内应力，提高其延性或韧性，利用淬火和回火的相配合，防止主轴变形和开裂，调整主轴的硬度、强度、塑性和韧性，使其达到使用性能要求，进而增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S8中的加热温度为210℃，保温时间为2.5h。
通过采用上述技术方案，通过设置回火，并且与步骤S5相比，通过设置高温差的二次回火，保持淬火主轴的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性，同时进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
本发明的进一步设置为：步骤S2还包括如下步骤：
S23：固碳，持续向加热炉内通入山梨酸纳溶液，保温0.1-0.2h。
通过采用上述技术方案，因为山梨酸纳的闪点为140℃，并且其沸点为233℃，因此其具有很好的防霉效果。当主轴淬火时，山梨酸纳不会燃烧，但其进行受热分解，此时分解后的离子进入主轴内，将会提高主轴的防霉变以及防锈效果，并且避免主轴出现脱碳现象，提高了主轴的质量与热处理后的使用寿命。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过两次淬火工艺以及多次回火工艺对主轴进行热处理，相当于对主轴进行调质处理，降低主轴的脆性，消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性，增大了主轴热处理后的使用寿命；
2.通过快速油冷却代替传统的分级慢油冷却，提高主轴的淬透性，并且使其层深更加均匀，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命；
3.通过设置一次低温回火，有效的保持了淬火后主轴的硬度和耐磨性，进一步降低淬火残留应力，再一步增大了主轴热处理后的使用寿命；
4.通过持续通入山梨酸纳溶液使得主轴淬火后，避免主轴出现脱碳现象，进而提高了主轴渗碳后的稳定性，同时提高了主轴热处理后的防霉变以及防锈效果，增大了主轴热处理后的使用寿命。
具体实施方式
一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：加热，将加热炉持续加热至900-930℃后，将主轴放置于加热炉内保温0.5-1h；
S2：渗碳，包括如下步骤：
S21：强渗，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温2.5-3.5h；
S22：扩散，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温1-2h；
S23：固碳，持续向加热炉内通入山梨酸纳溶液，保温0.1-0.2h；
S3：淬火，将加热炉内的温度降至840-860℃后，将主轴放入加热炉，保温0.4-0.6h；
当主轴渗碳处理时，持续向加热炉内通入山梨酸纳溶液，使得山梨酸纳受热分解，此时分解后的离子以及基团慢慢渗入主轴内，提高主轴的防霉变以及防锈效果，同时避免主轴出现脱碳现象，提高了主轴渗碳后的稳定性，提高了主轴的质量以及热处理后的使用寿命；
S4：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
通过快速油冷却代替传统的分级慢油冷却，提高主轴的淬透性，并且使其层深更加均匀，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命；
S5：回火，将加热炉降温至710-730℃后，将主轴放入加热炉，保温1.5-2.5h；
S6：淬火，将主轴取出并冷却至室温后，将加热炉重新加热至830-850℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h；
S7：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
S8：回火，将加热炉持续降温至200-220℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h；
采用两次淬火工艺以及一次高温回火和一次低温回火工艺，相当于对主轴进行调质处理，进而大幅度的降低主轴的脆性，同时消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性。同时利用淬火和回火的相配合，防止主轴变形和开裂，进一步调整主轴的硬度、强度、塑性和韧性，使其达到使用性能要求，进而增大了主轴热处理后的使用寿命；
S9：回火，将主轴从加热炉内取出并冷却至室温后，将主轴再次放置于200-220℃的加热炉内，保温2-3h。
再通过一次低温回火，进一步降低主轴的脆性，进一步消除或减少主轴的内应力，提高了主轴的韧性以及塑性，进一步提高主轴的质量，进而进一步提高了主轴热处理后的使用寿命。
其中，步骤S21中的碳势CP为1.1±0.05，步骤S22中的碳势CP为0.8±0.05，步骤S3中的碳势CP为0.8±0.05。
因为碳势过高会导致主轴的含碳量增加，含碳量增加会导致主轴的表面出现炭黑，使得主轴较脆，即主轴容易发生断裂或损坏，进而降低了主轴的使用寿命。又因为碳势过低会导致主轴的含碳量降低，含碳量降低会降低主轴表面的硬度，进而降低主轴表面的承压能力，降低主轴的使用寿命。因此通过900-930℃的高温使得主轴的强渗阶段与淬火阶段的碳势CP为1.1±0.05、0.8±0.05以及0.8±0.05，进而使得主轴的含碳量恰好达到要求，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
其中，步骤S3中的加热温度为850℃，保温时间为0.5h，步骤S6中的加热温度为840℃，保温时间为2.5h。
因为淬火阶段的温度以及保温时间是影响碳势的主要因素，时间过高会导致主轴的含碳量增加，使得主轴较脆。时间过低将会导致主轴的含碳量不达标，同时会导致主轴的渗碳不均匀。因此通过设置一次高温且短时间的淬火，使得主轴表面的含碳量达到硬度标准，避免热处理后的主轴过脆或过软。再设置一次高温且长时间的淬火，降低主轴内的残余奥氏体，并且当主轴冷却后，奥氏体转变为马氏体，从而提高主轴的硬度，进一步增大了主轴热处理后的使用寿命。
其中，步骤S5中的加热温度为720℃，保温时间为2h，步骤S8中的加热温度为210℃，保温时间为2.5h。
因为回火时，温度以及保温时间是影响主轴性能的主要因素，因此通过一次高温回火以及一次低温回火，大幅度消除主轴中的内应力，提高其延性或韧性，并且利用淬火和回火的相配合，防止主轴变形和开裂，调整主轴的硬度、强度、塑性和韧性，使其达到使用性能要求，进而增大了主轴热处理后的使用寿命。
| 项目 | 普通热处理 | 实施例 |
| 硬度 | 58-62HRC | 57-59HRC |
| 延伸率 | 2.6％ | 3.8％ |
| 抗拉强度 | 650MPa | 820MPa |
| 试验检测使用寿命 | 500-2000次 | 10000次以上 |
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：加热，将加热炉持续加热至900-930℃后，将主轴放置于加热炉内保温0.5-1h；
S2：渗碳，包括如下步骤：
S21：强渗，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温2.5-3.5h；
S22：扩散，维持温度不变，持续向加热炉内通入甲醇和丙烷，保温1-2h；
S3：淬火，将加热炉内的温度降至840-860℃后，将主轴放入加热炉，保温0.4-0.6h；
S4：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
S5：回火，将加热炉降温至710-730℃后，将主轴放入加热炉，保温1.5-2.5h；
S6：淬火，将主轴取出并冷却至室温后，将加热炉重新加热至830-850℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h；
S7：冷却清洗，将主轴从加热炉内取出，迅速对主轴进行油冷，然后将冷却后的主轴进行清洗并沥干主轴表面的清洗液；
S8：回火，将加热炉持续降温至200-220℃后，将主轴放置于加热炉内，保温2-3h。
2.根据权利要求1的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：还包括如下步骤：
S9：回火，将主轴从加热炉内取出并冷却至室温后，将主轴再次放置于200-220℃的加热炉内，保温2-3h。
3.根据权利要求2的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S21中的碳势CP为1.1±0.05，步骤S22中的碳势CP为0.8±0.05，步骤S3中的碳势CP为0.8±0.05。
4.根据权利要求1的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S3中的加热温度为850℃，保温时间为0.5h。
5.根据权利要求4的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S6中的加热温度为840℃，保温时间为2.5h。
6.根据权利要求1的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S5中的加热温度为720℃，保温时间为2h。
7.根据权利要求6的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S8中的加热温度为210℃，保温时间为2.5h。
8.根据权利要求1的一种汽车主轴的热处理工艺，其特征在于：步骤S2还包括如下步骤：
S23：固碳，持续向加热炉内通入山梨酸纳溶液，保温0.1-0.2h。
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