CN109355616A - 一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺 - Google Patents

一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺 Download PDF

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闫晓红
葛军
陈利华
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翟新晁
赵慧
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Abstract

本发明公开了一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，属于装甲车辆关键零件扭力轴专用制造工具热处理领域，辊压轮利用表面改性工艺方法，其独有特性为工具提供了良好的耐磨性、表面硬度、疲劳强度和耐蚀性，进一步提高滚压轮寿命。一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺主要内容为，材料渗氮温度470‑530℃，保温50小时，氨气分解率为20％‑35％，随炉冷却到160℃出炉，可获得表面硬度HRC≥64的辊压工具。

Description

一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺
技术领域
本发明属于装甲车辆关键零件用工具的热处理技术领域，涉及扭力轴用辊压轮表面改性工艺。
背景技术
扭力轴是履带装甲车辆的关键零件，作为扭杆式悬挂装置中的弹性元件，在静态时承受车辆整体重量，在行驶过程中承受车辆行驶产生的冲击，当地面冲击力使负重轮、平衡肘带动扭力轴扭转时，利用扭力轴的扭转变形，达到衰减车体振动，提高坦克装甲车辆行驶、观瞄平稳性及乘员乘坐舒适性的目的。
扭力轴的表面辊压工序，用以提高其表面的光洁度，并产生表面压应力，进而提高扭力轴疲劳寿命。
辊压是利用滚压轮的滚压头对扭力轴杆部进行辊压强化，用以提高其表面的光洁度，并产生表面压应力，进而提高扭力轴疲劳寿命，一组辊压轮工具由三个辊压轮组成，辊压轮在圆周方向均匀分布。
存在问题：扭力轴辊压轮采用W18Cr4V高速钢制造，辊压轮表面硬度在HRC58-63，与扭力轴硬度非常接近，导致辊压轮寿命较低，工具材料浪费严重。
一组辊压轮(3件)辊压7-10根扭力轴时，辊压接触部位有碎屑剥落，表面光洁度严重下降。除外，还多次造成扭力轴辊压后产生麻坑和波纹，导致扭力轴报废。
发明内容
(一)要解决的问题
本发明的目的是提供一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，辊压轮利用表面改性工艺方法，其独有特性为工具提供了良好的耐磨性、表面硬度、疲劳强度和耐蚀性，进一步提高滚压轮寿命。通过对辊压轮进行基体热处理和表面改性，提高辊压轮表面硬度，增加其表面耐磨性，延长辊压轮的寿命，降低材料浪费，保证扭力轴表面的光洁度，进而提升扭力轴的疲劳寿命。
(二)技术方案
本发明的技术方案是：一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，该工艺包括以下内容：
(1)辊压轮表面改性前，先对其基体进行基体热处理；基体热处理制度：包括淬火工艺和回火工艺；
(2)辊压轮表面改性选用氨气作为气体渗氮介质；
(3)渗氮前准备工作，辊压轮进行除油，在200℃以下，将工件置于炉内后，通入氨气，将炉内空气排出；
(4)排净空气后，开始升温至395-405℃，设定氨气分解率达到20％，分解率恒定2小时后继续升温至渗氮温度,进入渗氮过程；
(5)进入渗氮过程：氨分解率一直维持在20％-35％；渗氮温度为470-530℃，保温50小时，完成渗氮后进行冷却，冷却方式为随炉冷至160℃，之后出炉。
另外，进入渗氮过程采用下述优选方式：氨分解率一直维持在28％；渗氮温度为485-495℃，保温50小时，完成渗氮后进行冷却，冷却方式为随炉冷至160℃，之后出炉。
优选地，基体热处理制度的淬火工艺具体内容为：淬火加热温度为1260℃，保温时间为80-90分钟，冷却介质为快速淬火油，油温30℃-80℃。
优选地，淬火加热温度为1260℃具体过程为：由650℃、850℃、1030℃三个温度进行保温停留，逐渐达到淬火加热温度1260℃。
优选地，650℃保温90分钟，850℃保温120分钟、1030℃保温90分钟。
优选地，基体热处理制度的回火工艺为：回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟，冷却介质为空气。
优选地，基体热处理制度的回火工艺为：回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟，冷却介质为空气，回火3次，每次回火需要降至室温进行下一次回火。
优选地，在200℃以下，将工件置于炉内后，通入氨气2小时，即为将炉内空气排出。
优选地，氨气分解率由氨分解率测定仪实时测定气氛浓度。
优选地，完成渗氮后，停止氨气1小时后在开始降温进行冷却。
本发明的原理是：
W18Cr4V材料的热处理方法，基体热处理后能获得较高的基体硬度HRC≥58；经过渗氮处理，辊压轮的表面硬度达到HRC70。渗氮时需注意的是渗氮温度和氨气分解率过低，辊压轮的硬度和渗层不能满足要求，反之，二者过高，附着在辊压轮的渗氮层易出现剥落的缺陷，寿命降低，辊压质量变差。
渗氮过程是向炉内通入含氮介质氨气，在一定温度下，氨气发生分解反应：2NH3→3H2+2[N]。当活性氮原子[N]遇到铁原子时发生反应，被工件表面吸收，溶解在α-Fe中组成固溶体，饱和后形成氮化物。随着表面含氮量的提高，α固溶体中形成自表面至心部的氮的浓度梯度，氮原子不断地向内层扩散，逐渐形成高硬度的氮化物渗氮层。
关键在于：W18Cr4V渗氮温度470-530℃，保温50小时，氨气分解率为20％-35％，随炉冷却到160℃出炉，可获得表面硬度HRC≥64的辊压工具。
渗氮温度为490℃和氨气分解率为28％的配比组合，辊压轮的表面硬度达到HRC70且渗氮层深为0.25mm，辊压轮寿命和扭力轴质量达到最佳。
(三)有益效果
本发明一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，辊压轮热处理工艺和表面改性工艺，及其工艺参数匹配。辊压轮材料选用W18Cr4V，在工作中需要具备强度高、耐磨性好、寿命长的特点，辊压轮的硬度越高，耐磨性好，其寿命才能得到延长。一般情况下辊压轮的表面硬度为HRC58-63需要提高到HRC70。
本发明的辊压轮与未经过表面改性的辊压轮相比优越性在于，延长了其工作寿命，辊压扭力轴的数量由7-10根提升至30-35根，辊压后扭力轴表面质量得到大大提升。另外，辊压工具更换繁琐、耗时、精度要求高，表面改性的辊压有效减少了工具的更换次数，由一天更换5次降低为2次，生产效率提高明显。
附图说明
本发明共有3幅附图
图1为本发明的辊压轮性能热处理淬火工艺图。
图2为本发明的辊压轮性能热处理回火工艺图。
图3为本发明的辊压轮渗氮工艺图。
图4为本发明的辊压轮渗氮工艺优选方案图。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细地描述。
本发明的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，包括以下内容：
1、辊压轮表面改性前，应当先对其基体进行基体热处理，保证综合机械性能，最大发挥表面改性的作用。基体热处理制度：淬火加热温度为1260℃，保温时间为80-90分钟，冷却介质为快速淬火油(油温30℃-80℃)；回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟(回火3次，每次回火需要降至室温进行下一次回火)，冷却介质为空气。
2、辊压轮表面改性选用氨气作为气体渗氮介质，而不是选用氮气，氮气为惰性气体，不易分解出[N]。
3、渗氮前准备工作，工件需要进行除油，保证表面干燥、光洁，除油方法可以采用化学方法或物理方法。在200℃以下，将工件置于炉内后，通入氨气，目的是将炉内空气排出，避免氨气分解时与空气接触发生爆炸(氨气分解通常在400℃及以上)，及防止工件表面氧化。
4、排净空气后，开始升温至400℃，设定氨气分解率达到20％，分解率由氨分解率测定仪实时测定气氛浓度，分解率恒定2小时后继续升温至渗氮温度。
5、渗氮过程：渗氮温度为490℃，保温50小时，冷却方式为随炉冷至160℃后出炉，该渗氮过程保证氨分解率一直维持在28％。
辊压轮的表面硬度达到HRC70且渗氮层深为0.25mm。
参照附图和实施例对本发明扭力轴用辊压工具表面改性工艺具体实施方式作进一步地详细描述。
图1给出了本发明的辊压轮性能热处理淬火工艺，包括的热处理参数有：淬火加热温度为1260℃，保温时间为80-90分钟，冷却介质为快速淬火油，油冷的油温在30℃-80℃范围内。由于淬火温度很高，因此升温过程中不能直接设定1260℃，升温速度过快无论是对炉体还是工件都会有损害，因此选取650℃、850℃、1030℃三个温度进行保温停留
图2给出了本发明的辊压轮性能热处理回火工艺，包括的热处理参数有：回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟(回火3次，每次回火需要降至室温进行下一次回火)，冷却介质为空气。多次回火的目的是把淬火后产生的残余奥氏体尽可能降到最低。
图3给出了本发明的辊压轮渗氮工艺，包括的热处理参数有：温度为490℃，保温50小时，冷却方式为随炉冷至160℃后出炉(不开冷却风扇)，渗氮过程保证氨分解率一直维持在28％，完成渗氮后，需要停止氨气1小时后在开始降温。该工艺需要注意：一是渗氮前准备工作，200℃以下装炉，通入氨气，排出空气，避免氨气分解时与空气接触发生爆炸(氨分解通常在400℃及以上)，及防止工件表面氧化。二是排净空气后，升温至400℃，设定氨气分解率为20％，目的是稳定氮氛，做好渗氮的准备工作。
渗氮尾气处理：氨气在分解时产生[N]和氢气，尾气处理是将产生的氢气及多余氨气燃烧，避免与空气接触产生爆炸。尾气回收设定的温度为750℃，保证气体充分燃烧。
开启炉门时，要打开氮气帘，避免人过多吸入残余氨气，对人体造成伤害。
经基体热处理和表面改性的辊压轮，其表面硬度达到HRC70且渗层深为0.25mm，硬度的提高，更好地延长了其工作寿命，使扭力轴疲劳寿命得到大大提升，同时减少了工具的更换次数，提高效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，该工艺包括以下内容：
(1)辊压轮表面改性前，先对其基体进行基体热处理；基体热处理制度：包括淬火工艺和回火工艺；
(2)辊压轮表面改性选用氨气作为气体渗氮介质；
(3)渗氮前准备工作，辊压轮进行除油，在200℃以下，将工件置于炉内后，通入氨气，将炉内空气排出；
(4)排净空气后，开始升温至395-405℃，设定氨气分解率达到20％，分解率恒定2小时后继续升温至渗氮温度,进入渗氮过程；
(5)进入渗氮过程：氨分解率一直维持在20％-35％；渗氮温度为470-530℃，保温50小时，完成渗氮后进行冷却，冷却方式为随炉冷至160℃，之后出炉。
2.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，进入渗氮过程采用下述优选方式：氨分解率一直维持在28％；渗氮温度为485-495℃，保温50小时，完成渗氮后进行冷却，冷却方式为随炉冷至160℃，之后出炉。
3.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，基体热处理制度的淬火工艺具体内容为：淬火加热温度为1260℃，保温时间为80-90分钟，冷却介质为快速淬火油，油温30℃-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，淬火加热温度为1260℃具体过程为：由650℃、850℃、1030℃三个温度进行保温停留，逐渐达到淬火加热温度1260℃。
5.根据权利要求4所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，650℃保温90分钟，850℃保温120分钟、1030℃保温90分钟。
6.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，基体热处理制度的回火工艺为：回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟，冷却介质为空气。
7.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，基体热处理制度的回火工艺为：回火加热温度为550℃-570℃，保温时间为70-90分钟，冷却介质为空气，回火3次，每次回火需要降至室温进行下一次回火。
8.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，在200℃以下，将工件置于炉内后，通入氨气2小时，即为将炉内空气排出。
9.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，氨气分解率由氨分解率测定仪实时测定气氛浓度。
10.根据权利要求1所述的一种扭力轴用辊压轮表面改性工艺，其特征在于，完成渗氮后，停止氨气1小时后在开始降温进行冷却。
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