CN109852922A - 一种pc梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本公开关于一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，该工艺包括以下步骤：PC梁支座铰轴、辊轴内外表面进行清洗处理；预热处理：在温度为200～450℃的空气电阻炉中预热30～100min；液体离子渗氮处理：在CNO‑1离子质量分数为28％～40％的熔融盐中进行分阶段加热；钝化氧化处理：在温度为200～400℃的盐浴炉中处理10～40min；低温时效处理：在温度为150～200℃的空气电阻炉中处理3～5小时。本公开提供的工艺可以将PC梁支座铰轴、辊轴的耐磨性能提高4～6倍，耐腐蚀性能提高5～10倍。
Description
技术领域
本公开涉及桥梁支座领域，尤其涉及一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺。
背景技术
PC梁又叫做预应力混凝土梁，常常应用于跨座式单轨交通系统建设中，PC梁支座是PC梁的重要组成部件，主要功能是将轨道梁上部结构的力及变位传递给下部结构，以满足桥跨结构对力及变位的需要。影响PC梁支座铰轴、辊轴使用寿命的主要问题是：重载荷条件下的摩擦磨损、潮湿空气环境下的腐蚀和酸雨环境下的SO2腐蚀。
一般情况下，高铁和城市轨道交通零部件的腐蚀会加剧磨损，而零部件的磨损又加剧腐蚀，因此零部件的磨损和腐蚀构成了一对有害的，互相促进的关联因素，从而加速了零部件的失效。我国在高铁和城市轨道交通零部件采用的防腐技术不耐磨，采用的耐磨技术又不防腐。在处理工序上，一般先对零部件进行耐磨处理，然后进行防腐处理。目前防腐技术均采用涂、镀、刷工艺。涂镀层与基体材料不是一种材质，基体和涂镀层存在明显的结合面，结合面的结合力较差。由于基体和涂镀层材料的热膨胀系数和杨氏弹性模量差别较大，在承受重载荷和环境温度热冷交变时，涂镀层容易脱落压碎。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开实施例提供的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
对PC梁支座铰轴、辊轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理；
预热处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～450℃的空气电阻炉中预热30～100min；
液体离子渗氮处理：将PC梁支座铰轴、辊轴浸泡在CNO-1离子质量分数为28％～40％的熔融盐中进行分阶段加热处理，以形成防腐耐磨氮化层；
钝化氧化处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～400℃的盐浴炉中处理10～40min；
低温时效处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为150～200℃的空气电阻炉中处理3～5小时。
本公开的实施例中，所述液体离子渗氮处理步骤还包括以下步骤：
第一加热阶段：温度400～550℃，加热30～120min；
第二加热阶段：温度500～700℃，加热30～120min；
本公开的实施例中，所述液体离子渗氮处理在中频感应加热液体离子渗氮炉中进行，所述中频感应加热液体离子渗氮炉的炉胆采用不锈钢/纯钛复合钢板。
本公开的实施例中，所述防腐耐磨氮化层包括化合物层和含N奥氏体扩散层。
本公开的实施例中，所述化合物层的厚度为10～50μm。
本公开的实施例中，所述含N奥氏体扩散层的厚度为0.2～0.5mm。
本公开的实施例中，所述化合物层包括Fe3O4、Fe2N、Fe3N、Fe4N、Fe3C中的至少一种。
本公开的实施例中，所述铰轴的材料为40Cr，所述辊轴材料为40CrNiMoA。
本公开的实施例中，所述PC梁支座铰轴、辊轴的原始状态是调质状态或锻造正火状态。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开的实施例中，通过对PC梁支座铰轴、辊轴液体离子渗氮处理，使得所述PC梁支座铰轴、辊轴内外表面形成防腐耐磨氮化层，提高了其防腐耐磨性能。钝化氧化处理和低温时效处理，使得所述PC梁支座铰轴、辊轴内外表面形成抗氧化的渗层组织，并且进一步提高了所述PC梁支座铰轴、辊轴的表面硬度、防腐性能和耐磨性能，从而提高PC梁支座铰轴、辊轴的使用寿命。通过机械性能的测试，所述PC梁支座铰轴、辊轴具有较高的硬度。通过耐磨试验的测试，所述PC梁支座铰轴、辊轴比普通PC梁支座铰轴、辊轴耐磨性能提高4～6倍，且磨损失重量随磨损时间在减小，具有较好的减磨作用。通过盐雾试验的测试，所述PC梁支座铰轴、辊轴比普通PC梁支座铰轴、辊轴耐腐蚀性能提高5～10倍，盐雾试验时间大于300小时，SO2盐雾试验时间大于100小时。
附图说明
图1示出本公开对比例1试样对磨后表面磨损图；
图2示出本公开实施例2试样对磨后表面磨损图；
图3示出本公开对比例2试样对磨5天表面磨损图；
图4示出本公开实施例1试样对磨5天表面磨损图；
图5示出本公开实施例1试样硬度检测报告图；
图6示出本公开实施例1试样氮化层深度检测报告图；
图7示出本公开实施例铰轴的结构示意图；
图8示出本公开实施例辊轴的结构示意图；
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
本示例实施方式中提供了一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，该工艺可以包括以下步骤：
对PC梁支座铰轴、辊轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理；
预热处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～450℃的空气电阻炉中预热30～100min；
液体离子渗氮处理：将PC梁支座铰轴、辊轴浸泡在CNO-1离子质量分数为28％～40％的熔融盐中进行分阶段加热处理，以形成防腐耐磨氮化层；
钝化氧化处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～400℃的盐浴炉中处理10～40min；
低温时效处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为150～200℃的空气电阻炉中处理3～5小时。
下面，对本示例实施方式中的上述工艺的各个步骤进行更详细的说明。
对PC梁支座铰轴、辊轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理步骤中，首先要先对所述PC梁支座铰轴、辊轴来料进行检查，检查有无碰伤、氧化皮的情况，然而再对其内外表面分别进行常规的除油清洗、漂洗、烘干处理，以便除去阻碍后续液体离子渗氮工艺的表面污垢。
预热处理步骤中，直接将PC梁支座铰轴、辊轴放入温度为200～450℃的空气电阻炉中预热30～100min，优选地该温度范围可以是210～400℃，时间可以是40～90min，更优选地该温度范围可以为240～370℃，时间可以是45～80min，该步骤的目的在于提高所述PC梁支座铰轴、辊轴表面的活性。
在液体离子渗氮步骤中，将PC梁支座铰轴、辊轴浸泡在CNO-1离子质量分数为28％～40％的熔融盐中进行分阶段加热处理。第一加热阶段温度为400～550℃，时间为30～120min，优选地该温度范围可以是410～520℃，时间可以是30～110min，该过程可进一步提高所述PC梁支座铰轴、辊轴表面活性。第二加热阶段温度为500～700℃，时间为30～120min，优选地该温度范围可以是530～610℃，时间可以是30～110min，经过该第二加热阶段后，所述PC梁支座铰轴、辊轴表面即可形成防腐耐磨氮化层，所述防腐耐磨氮化层包括化合物层10和含N奥氏体扩散层20。所述化合物层10的厚度为10～50μm，所述含N奥氏体扩散层20的厚度为0.2～0.4mm，其中，所述化合物层10包括Fe2N、Fe3N、Fe4N、Fe3C中的至少一种或多种。
在一个实施例中，所述熔融盐为混合成品盐，本发明对该熔融盐的具体成分不做限制只需保证CNO-1离子质量分数为28％～40％即可，当CNO-1离子质量分数为28％～40％时，PC梁支座铰轴、辊轴表面具有高的N势，可加快渗氮速度并加深渗氮厚度。在一个具体的实施例中，所述液体离子渗氮步骤均在中频感应加热液体离子渗氮炉中进行，该加热炉的特点是加热速度快、熔融盐温度均匀，其中所述中频感应加热液体离子渗氮炉的炉胆采用不锈钢/纯钛复合钢板，以保证熔融盐的纯洁性。
钝化氧化处理步骤，将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～400℃的盐浴炉中处理10～40min，优选地该温度范围可以是230～350℃，时间可以是15～28min，该过程一方面可以封闭PC梁支座铰轴、辊轴表面空隙，并在PC梁支座铰轴、辊轴表面形成特别耐磨的、具有较好耐腐蚀性的Fe3O4化合物层，另一方面该过程彻底中和分解了CNO-1离子，从而实现环保生产。
低温时效处理步骤，将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为150～200℃的空气电阻炉中处理3～5小时，优选地该温度范围可以是150～180℃，时间可以是3～4.5小时，此步骤使得防腐耐磨氮化层更加均匀，进一步提高了所述PC梁支座铰轴、辊轴的表面硬度、防腐性能和耐磨性能。
在一个实施例中，如图7至图8所示，所述PC梁支座的铰轴的材料为40Cr，所述辊轴材料为40CrNiMoA。
在一个实施例中，所述PC梁支座铰轴、辊轴的原始状态是调质状态或锻造正火状态。
实施例1
一种PC梁支座铰轴防腐耐磨处理工艺，该PC梁支座铰轴材料为40Cr且原始状态为调质状态，该工艺包括以下步骤：
检查PC梁支座铰轴来料，并对该铰轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理；
预热处理：将所述铰轴在温度为200℃的空气电阻炉中预热80min；
液体离子渗氮处理：将所述铰轴浸泡在CNO-1离子质量分数为40％的熔融盐中，在中频感应加热液体离子渗氮炉中进行分阶段加热处理。第一加热阶段温度为400℃时间为100min，第二加热阶段温度为700℃时间为30min；
钝化氧化处理：将所述铰轴在温度为200℃的盐浴炉中处理40min；
将钝化氧化处理后的所述铰轴在70℃水中清洗，再用冷水洗，最后用80℃水清洗；
低温时效处理：在温度为150℃的空气电阻炉中处理5小时；
浸油处理。
经过以上步骤的处理，如图7所示，所述PC梁支座铰轴基体31内外表面形成防腐耐磨氮化层，包括厚度为40μm的化合物层10和厚度为0.47mm的含N奥氏体扩散层20。
实施例2
一种PC梁支座辊轴防腐耐磨处理工艺，该PC梁支座辊轴材料为40CrNiMoA且原始状态为锻造正火状态，该工艺包括以下步骤：
检查PC梁支座辊轴来料，并对该辊轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理；
预热处理：将所述辊轴在温度为350℃的空气电阻炉中预热30min；
液体离子渗氮处理：将所述辊轴浸泡在CNO-1离子质量分数为28％的熔融盐中，在中频感应加热液体离子渗氮炉中进行分阶段加热处理。第一加热阶段温度为450℃时间为120min，第二加热阶段温度为650℃时间为30min；
钝化氧化处理：将所述辊轴在温度为400℃的盐浴炉中处理10min；
将钝化氧化处理后的所述铰轴在90℃水中清洗，再用冷水洗，最后用50℃水清洗；
低温时效处理：在温度为200℃的空气电阻炉中处理4小时；
浸油处理。
经过以上步骤的处理，如图8所示，所述PC梁支座辊轴基体32内外表面形成防腐耐磨氮化层，包括厚度为50μm的化合物层10和厚度为0.35mm的含N奥氏体扩散层20。
对比例1
选用材料为40CrNiMoA且原始状态为锻造正火状态的PC梁支座辊轴，使用现有的防腐耐磨处理工艺进行处理。
对比例2
选用材料为40Cr且原始状态为调质状态的PC梁支座铰轴，使用现有的防腐耐磨处理工艺进行处理。
1.防腐性能对比
表1盐雾失重对比试验
实施例2与对比例1选用材料均为40CrNiMoA且原始状态为锻造正火状态的PC梁支座辊轴，由表1可看出，对比例1试样失重平均值是实施例2试样失重平均值的6.83倍，可见使用本发明提供的工艺相较普通工艺而言，使得PC梁支座铰轴、辊轴的防腐性能提高了6.83倍。
2.耐磨性能对比
表2对磨失重对比试验
实施例1与对比例2选用材料均为40Cr且原始状态为调质状态的PC梁支座铰轴，由表2可看出，实施例1试样摩擦失重较对比例2试样明显减小，约是对比例2试样失重量的1/5，另外，实施例1试样的磨损率较小，且随着时间的增加磨损量呈减小趋势。
结合图1至图4，图1图2分别为对磨相同天数的对比例1试样和实施例2试样表面磨损图片，可看出，图1试样表面除常规的磨损外，还有犁沟、凹坑、剥皮现象出现，而图2试样表面光滑，没有明显的摩擦痕迹。图3为对磨5天后对比例2试样表面磨损图片，图4为对磨5天后实施例1试样表面磨损图片，可看出，图3试样表面有很多相互平行的粗深的梨沟，而图4试样表面光滑。此外，考虑到在露天环境，磨损产生梨沟，梨沟凸峰和凹谷的存在造成了电势差，会加速电化学腐蚀的作用，而腐蚀作用使金属表面产生一定的“疏松层”，磨损过程中这一层更容易脱落，也加速了磨损的作用。由此说明本发明提供工艺处理过的PC梁支座铰轴、辊轴具有良好的耐磨性能。
3.硬度测试
分别选取实施例1的6个样品进行维氏硬度和洛氏硬度的测试，结果如图5所示，由图5的检测报告可看出，实施例1的6个样品的维氏硬度平均值为736，实施例1的6个样品的洛氏硬度平均值为36.4，由此可见本发明提供工艺处理过的PC梁支座铰轴、辊轴具有较高的硬度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (9)
1.一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
对PC梁支座铰轴、辊轴内外表面进行除油清洗、漂洗、烘干处理；
预热处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～450℃的空气电阻炉中预热30～100min；
液体离子渗氮处理：将PC梁支座铰轴、辊轴浸泡在CNO-1离子质量分数为28％～40％的熔融盐中进行分阶段加热处理，以形成防腐耐磨氮化层；
钝化氧化处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为200～400℃的盐浴炉中处理10～40min；
低温时效处理：将PC梁支座铰轴、辊轴在温度为150～200℃的空气电阻炉中处理3～5小时。
2.根据权利要求1所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述液体离子渗氮处理步骤还包括以下步骤：
第一加热阶段：温度400～550℃，加热30～120min；
第二加热阶段：温度500～700℃，加热30～120min。
3.根据权利要求2所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述液体离子渗氮处理在中频感应加热液体离子渗氮炉中进行，所述中频感应加热液体离子渗氮炉的炉胆采用不锈钢/纯钛复合钢板。
4.根据权利要求1所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述防腐耐磨氮化层包括化合物层和含N奥氏体扩散层。
5.根据权利要求5所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述化合物层的厚度为10～50μm。
6.根据权利要求5所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述含N奥氏体扩散层的厚度为0.2～0.5mm。
7.根据权利要求5所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述化合物层包括Fe3O4、Fe2N、Fe3N、Fe4N、Fe3C中的至少一种。
8.根据权利要求1～7之一所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述铰轴的材料为40Cr，所述辊轴材料为40CrNiMoA。
9.根据权利要求8所述的一种PC梁支座铰轴、辊轴防腐耐磨处理工艺，其特征在于，所述PC梁支座铰轴、辊轴的原始状态是调质状态或锻造正火状态。
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