CN111593293A - 一种销轴用渗氮装置及应用该装置的销轴表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种销轴用渗氮装置及应用该装置的销轴表面处理方法，渗氮装置包括渗氮炉，渗氮炉的开口处设置有炉盖，渗氮炉内设置有放置板，放置板上设置有多个与销轴轴径配合的放置孔；放置板上设置有多个支撑块，支撑块绕所述放置孔均匀设置，支撑块的自由端设置有支撑弧面，该装置通过放置板上放置孔及支撑柱的设置，能够通过多点对销轴进行支撑，避免出现支撑面无法渗氮的情况；此外，本发明还公开了一种销轴的表面处理方法，通过依次对销轴进行渗氮处理与镀硬铬处理，能够大幅度提高销轴的耐磨和抗冲击性能，解决了一般的表面处理不能满足大型、重载起重机设备销轴零件高耐磨性、抗冲击能力和防腐性需求的问题。
Description
技术领域
本发明属于结构件表面处理技术领域，特别是属于一种销轴用渗氮装置及 应用该装置的销轴表面处理方法。
背景技术
随着工程机械的大型化和使用工况的复杂化，工程机械对销轴等零件的 强度、硬度、耐磨性及抗冲击性能等综合性能需求大幅提高，相应地，对零部 件的热处理和表面处理要求更加严格。比如起重机大臂工作销，其承载能力大， 承力工况较复杂，要求销轴表面具有更高的硬度，耐磨性和抗冲击性能，同时 具有更好的防腐性。
目前常用的表面处理方式有三种：1.渗氮，2.QPQ，3.镀硬铬。然而，上 述三种处理方式都难以满足特殊零件的表面处理需求，同时，在渗氮过程中， 由于销轴产品需要固定支撑，但其头部与轴部径向距离不一致，通常的固定方 式是将其端面直接放置在渗氮炉内，这就造成了端面渗氮效果较差的情况，在 多个销轴同时渗氮时，还存在销轴互相接触导致渗氮不均匀的情况，不便于使 用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够提高渗氮效果的销轴用渗氮装置，同时 还提出了一种应用上述装置的的销轴表面处理方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种销轴用渗氮装置，包括渗氮炉，所述渗氮炉的开口处设置有炉盖，所 述渗氮炉的侧壁上设置有进气管，所述渗氮炉内设置有放置架，所述放置架包 括底座和设置在渗氮炉中间位置的放置板，所述底座与放置板固定连接，所述 放置板上设置有多个与销轴轴径配合的放置孔；所述放置板上设置有多个支撑 块，所述支撑块绕所述放置孔均匀设置，所述支撑块的自由端设置有支撑弧面； 所述放置板上还设置有通气轨道，所述通气轨道将所述放置孔连通设置，所述 进气管与通气轨道连通设置。进气管的设置，用于导入NH3气体，放置板上放 置孔的设置，则用于放置销轴，绕放置孔设置的多个支撑块及支撑弧面的设置， 则用于支撑销轴的头部，将销轴的轴部穿过放置孔后，头部可直接置于支撑块 上，达到定位目的的同时，避免出现整面无氮化的情况(由于设置有支撑弧面， 因而支撑块与销轴仅会发生点接触，避免影响销轴的氮化效果)，此外，放置 板内与进气管连通的通气轨道的设置，在进气过程中部分NH3气体会通过通气 轨道与销轴头部、端部的连接处接触，避免放置孔区域的销轴渗氮程度与外界 销轴渗氮程度不一致，保证均匀渗氮。
优选的，所述进气管上设置有多个出气孔，所述出气孔朝向所述放置架设 置。多出气孔的设置，能够进一步保证渗氮炉内NH3气体在各位置的浓度(单 出气口的设置，靠近出气口位置NH3气体的浓度会略高与其他位置)，保证渗氮 效果。
优选的，所述炉盖上设置有第一密封块，所述炉盖上设置有嵌封块，所述 嵌封块尺寸与所述渗氮炉开口尺寸配合设置，所述嵌封块的侧壁上设置有密封 槽，所述密封槽内设置有密封圈。嵌封块的设置，在关合后能够通过密封圈密 封氮化炉，避免出现氮气泄露的情况，保证使用效果。
本发明还包括一种销轴的表面处理方法，包括如下步骤：
气体渗氮：
S1:将多个销轴通过放置孔放置在所述的放置板上(头部朝向)，关上炉 盖；
S2:开启加热电源将渗氮炉升温至480-520℃(渗氮温度)；
S3:2-3小时后，通过进气管注入NH3气体，保持50-80小时；
S4:关闭加热电源进行降温，并持续注入NH3气体；
S5:炉温降低至150℃以下时开炉，取出渗氮成品；
镀硬铬：
S6:在渗氮成品上安装辅助阴极和辅助阳极，和/或，在无需镀铬的部位包 裹保护膜；
S7:将销轴浸入镀槽内，加热至50-55℃；
S8:阶梯式加电，直至阴极电流密度达到25-35A/dm2，时间30-45分钟；
S9:取出销轴，清洗晾干；
通过气体渗氮与镀硬铬结合的复合处理，处理后的销轴，具有0.5+0.05mm 厚的两层强化层，表面硬度分别高达HV680-HV750及HV800-HV900，具有极其 优秀的耐磨和抗冲击性能，解决了一般的表面处理不能满足大型、重载起重机 设备销轴零件高耐磨性、抗冲击能力和防腐性需求的问题，该工艺特别适合 CrMo、CrNiMo类合金结构钢。
优选的，步骤S1前通过气体去油法对销轴进行表面清洗。通过气体去油 法的设置，能够去除销轴零件的表面层，便于后续的渗氮操作。
优选的，其特征在于，步骤S2在加热至150℃前排除炉内空气，渗氮温度 为520℃。排除炉内空气的设置，确保参与渗氮处理的气体只有氨气和氮气两 种，一方面防止氨气分解与空气接触而发生爆炸性气体，另一方面防止工件表 面被氧化，520℃为等温渗氮的渗氮温度，具有渗层浅、零件变形小、表面硬 度高等有益效果。
优选的，步骤S6前对销轴表面进行喷砂处理。镀硬铬过程是在销轴外附 着一层硬铬，经喷砂处理后的销轴表面，能够大幅度的增加硬铬层的附着力， 避免出现镀层脱落的情况。
优选的，步骤S7前用除蜡水对销轴进行除油，清洗后置于15％-20％的稀硫 酸溶液中除锈，再次清洗。多次清洗的设置，能够避免表层粘附的杂物或锈斑 影响镀层效果。
值得一提的是，在对销轴进行镀硬铬的过程中，为提高其镀层的均匀性， 同样可通过放置架对销轴进行支撑，提高了装置的适用性，进一步保证销轴各 位置的表面质量。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、本发明中，通过放置板上放置孔及支撑柱的设置，能够通过多点对销 轴进行支撑，避免出现支撑面无法渗氮的情况。
2、本发明中，通过进气管上多个出气孔及通气轨道的设置，能够使得渗 氮炉中各位置的NH3气体含量保持一致，从而保证销轴各位置均匀渗氮。
3、本发明中，通过气体渗氮与镀硬铬结合的方式对销轴进行表面处理， 能够使得处理后销轴具有极其优秀的耐磨和抗冲击性能，解决了一般的表面处 理不能满足大型、重载起重机设备销轴零件高耐磨性、抗冲击能力和防腐性需 求的问题，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中渗氮炉的剖面结构示意图。
图2为图1中A区域的放大示意图。
图3为图1中B区域的放大示意图。
图4为本发明中放置板的结构示意图。
图中标记：1-渗氮炉，2-炉盖，3-进气管，4-底座，5-放置板，6-放置孔， 7-支撑块，8-支撑弧面，9-通气轨道，10-出气孔，11-嵌封块，12-密封槽， 13-密封圈，14-销轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实 施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实 体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含” 或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过 程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他 要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有 更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所 述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例：
如图1-4所示，一种销轴用渗氮装置，包括渗氮炉1，渗氮炉1的开口处 设置有炉盖2，渗氮炉1的侧壁上设置有进气管3，渗氮炉1内设置有放置架， 放置架包括底座4和设置在渗氮炉1中间位置的放置板5，底座4与放置板5 固定连接，放置板5上设置有多个与销轴轴径配合的放置孔6(本例中设置有 四个)；放置板5上设置有多个支撑块7，支撑块7绕放置孔6均匀设置，支撑 块7的自由端设置有支撑弧面8；放置板5上还设置有通气轨道9，通气轨道9 将所述放置孔6连通设置，进气管3与通气轨道9连通设置，进气管3上设置 有多个出气孔10(本例中设置有六个)，出气孔10朝向放置架设置，炉盖2 上还设置有嵌封块11，嵌封块11尺寸与渗氮炉1开口尺寸配合设置，嵌封块 11的侧壁上设置有密封槽12，密封槽12内设置有密封圈13。
由于放置孔6与支撑块7的设置，不仅能够通过多点对销轴进行支撑，保 证销轴各位置能够同步、均匀的进行渗氮操作，同时，还能够避免多销轴之间 互相碰撞，进一步提高了渗氮效果。
根据上述装置，本实施例还包括一种销轴的表面处理方法，包括如下步骤：
S1:通过气体去油法对销轴表面进行清洗
S2:将四个销轴头部朝上分别置于四个放置孔6内，随后关上炉盖2；
S3:开启加热电源，在加热至150℃前排出渗氮炉1内的空气；
S4:当渗氮炉1升温至520℃时，停止加热(保持温度)；
S5:2小时后，通过进气管3注入NH3气体，保持70小时；
S6:关闭加热电源进行降温，并持续注入NH3气体，维持炉内正压；
S7:炉温降低至150℃以下时开炉，取出销轴；
S8:对销轴的表面进行喷砂处理；
S9:在销轴上安装辅助阴极和辅助阳极，并在无需镀铬的部位包裹保护膜；
S10:用除蜡水对销轴进行除油，清洗后置于15％-20％的稀硫酸溶液中除锈， 再次清洗。
S11:将销轴浸入镀槽内，整体加热至55℃(此过程需保证销轴温度与槽液 温度一致)；
S12:阶梯式加电，直至阴极电流密度达到25-35A/dm2，随后持续40分钟；
S13:取出销轴，清洗晾干；
下表为通过本发明所述方法对40CrNiMo材料销轴进行处理后其表面三点 (P1/P2/P3)的检测数据表。
表1
如表1所示，经上述步骤处理后的40CrNiMo销轴，对其各点进行检测， 其渗氮层深度在0.4-0.5mm之间，渗氮层显微硬度在HV680-HV750之间，其硬 铬层厚度在0.04-0.05mm之间，硬铬层显微硬度在HV800-HV900之间，因而该 销轴具有0.5+0.05mm厚的两层强化层，且强化层硬度分别高达HV680-HV750 及HV800-HV900，具有极其优秀的耐磨和抗冲击性能，解决了一般的表面处理 不能满足大型、重载起重机设备销轴零件高耐磨性、抗冲击能力和防腐性需求 的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种销轴用渗氮装置，包括渗氮炉(1)，其特征在于：所述渗氮炉(1)的开口处设置有炉盖(2)，所述渗氮炉(1)的侧壁上设置有进气管(3)，其中：
所述渗氮炉(1)内设置有放置架，所述放置架包括底座(4)和设置在渗氮炉(1)中间位置的放置板(5)，所述底座(4)与放置板(5)固定连接，所述放置板(5)上设置有多个与销轴(14)轴径配合的放置孔(6)；
所述放置板(5)上设置有多个支撑块(7)，所述支撑块(7)绕所述放置孔(6)均匀设置，所述支撑块(7)的自由端设置有支撑弧面(8)；
所述放置板(5)上还设置有通气轨道(9)，所述通气轨道(9)将所述放置孔(6)连通设置，所述进气管(3)与通气轨道(9)连通设置。
2.根据权利要求1所述的一种销轴用渗氮装置，其特征在于，所述进气管(3)上设置有多个出气孔(10)，所述出气孔(10)朝向所述放置架设置。
3.根据权利要求1所述的一种销轴用渗氮装置，其特征在于，所述炉盖(2)上设置有嵌封块(11)，所述嵌封块(11)尺寸与所述渗氮炉(1)开口尺寸配合设置，所述嵌封块(11)的侧壁上设置有密封槽(12)，所述密封槽(12)内设置有密封圈(13)。
4.一种销轴的表面处理方法,包括如下步骤：
气体渗氮：
S1:将多个销轴(14)通过放置孔(6)放置在所述的放置板(5)上，所述销轴(14)头部朝上放置，关上炉盖(2)；
S2:开启加热电源将渗氮炉(1)升温至480-520℃；
S3:2-3小时后，通过进气管(3)注入NH3气体，保持50-80小时；
S4:关闭加热电源进行降温，并持续注入NH3气体；
S5:炉温降低至150℃以下时开炉，取出渗氮成品；
镀硬铬：
S6:在渗氮成品上安装辅助阴极和辅助阳极，和/或，在无需镀铬的部位包裹保护膜；
S7:将销轴浸入镀槽内，加热至50-55℃；
S8:阶梯式加电，直至阴极电流密度达到25-35A/dm2，时间30-45分钟；
S9:取出销轴，清洗晾干。
5.根据权利要求4所述的一种销轴的表面处理方法，其特征在于，步骤S1前通过气体去油法对销轴进行表面清洗。
6.根据权利要求4所述的一种销轴的表面处理方法，其特征在于，步骤S2在加热至150℃前排除炉内空气，渗氮温度为520℃。
7.根据权利要求4所述的一种销轴的表面处理方法，其特征在于，步骤S6前对销轴表面进行喷砂处理。
8.根据权利要求4所述的一种销轴的表面处理方法，其特征在于，步骤S7前用除蜡水对销轴进行除油，清洗后置于15％-20％的稀硫酸溶液中除锈，再次清洗。
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