CN114350902A - 一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属热处理技术领域,尤其涉及一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,统计若干中小尺寸的薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值,计算薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量,根据圆度变化数值、径向尺寸淬火变动量,调整薄壁衬套零件径向尺寸,并对薄壁衬套零件进行淬火变形约束,再对圆度得到改善的薄壁衬套零件进行机加,进而提高渗层硬度一致性,通过本发明的工艺方法,能够快速确定薄壁衬套零件的热处理工艺过程,并最终改善薄壁衬套浅层渗碳渗层深度硬度一致性问题。
Description
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域,尤其涉及一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法。
背景技术
衬套类零件,在航空发动机机械传动系统中与轴承匹配,可以减少设备的磨损、震动和噪音,除便于设备维护、简化设备结构和制造工艺之外,还可起到防腐蚀效果。虽然衬套的零件结构异常简单,但其在整个系统中发挥的作用无可替代。
衬套的冶金质量在一定程度上影响到轴承的服役性能。现有航空传动系统所使用的衬套材料,大部分为渗碳结构钢,与轴承接触的回转面需要进行渗碳表面改性,生成具有一定的耐磨性的高模量改性层,抵御因轴承定位套圈的窜动、扭转造成的磨损,非接触面则需具有一定塑性和抗冲击能力的低模量基体,便于减轻因轴承高速运转带来的震动,起到一定程度的降噪作用。为此,衬套渗碳、淬回火后,周向部位的渗层深度需要具有较好的一致性。
中小尺寸薄壁衬套类零件的有效壁厚通常≤8mm,刚性较差,淬火后圆度严重超差。衬套类零件内径渗碳后的渗层深度通常在0.7~0.9mm,渗层相对较浅,圆度超差后,直接导致机加后,轴向方向渗层深度一致性极差,椭圆短轴区域硬度大幅下降,与轴承接触服役后,磨损异常,无法满足设计要求。
目前尚无相关文献报道解决该类技术问题。
发明内容
本发明的目的:提供一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,用于提高直径≤300mm的薄壁衬套零件渗碳、淬回火、机加,使得渗层组织中,相同渗层深度下的硬度具有较好的一致性。
本发明的技术方案:
一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,统计若干中小尺寸的薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值,计算薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量,根据圆度变化数值、径向尺寸淬火变动量,调整薄壁衬套零件径向尺寸,并对薄壁衬套零件进行淬火变形约束,再对圆度得到改善的薄壁衬套零件进行机加,进而提高渗层硬度一致性。
进一步,一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,包括以下步骤:
步骤1:对图纸标定的内径直径为D0的薄壁衬套零件进行渗碳、淬火后的圆度数值进行统计,计算圆度变化数值δ;
步骤2:计算薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量ΔL;
步骤3:薄壁衬套零件的外径及内径尺寸均按照减小ΔL进行机加,整体缩小薄壁衬套零件径向尺寸;
步骤4:对径向尺寸整体缩小的薄壁衬套零件进行渗碳、高温回火;
步骤5:对薄壁衬套零件加热淬火,淬火时使用外径为Dp的淬火心轴,对薄壁衬套零件进行淬火校形;
步骤6:对薄壁衬套零件进行冰冷、低温回火,转入机加,进行机械加工。
进一步,步骤1具体是统计3~5件内径直径为D0的薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值。
进一步,步骤1中圆度变化数值δ等于衬套淬火后的长轴椭圆数值δ1与短轴椭圆δ2绝对值两者的平均值,即δ=(δ1+|δ2|)÷2。
进一步,步骤2薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量ΔL是根据薄壁衬套零件淬火后的内径尺寸变动量ΔD计算得到,ΔL=δ+ΔD。
进一步,薄壁衬套零件淬火后的内径尺寸变动量ΔD按照以下公式计算,公式为:ΔD=D0×0.05%。
进一步,步骤5中,淬火时使用的淬火心轴外径为Dp,外径数值Dp等于薄壁衬套零件的内径D0。
进一步,淬火心轴连续使用超过5次后,放入带有冰块的冷水中降温3~5min,方可继续使用。
本发明的有益效果:
通过本发明的工艺方法,能够快速确定薄壁衬套零件的热处理工艺过程,并最终改善薄壁衬套浅层渗碳渗层深度硬度一致性问题。
附图说明
图1为实施例2中衬套零件结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等,作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解:
实施例1:
一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,用于提高直径≤300mm的衬套渗碳、淬回火、机加后,渗层组织中,相同渗层深度下的硬度具有较好的一致性(距渗碳表面0.20mm范围内,渗层深度相同、不同位置的显微硬度数值波动ΔH≤HV25)。
本发明的技术方案为:统计3~5件薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值,采用经验公式计算出薄壁衬套径向尺寸淬火变动量,根据上述两个数值,调整衬套径向尺寸,使用淬火心轴对衬套进行淬火变形约束,圆度得到改善的衬套,进行机加,进而提高渗层硬度一致性。
首先,对图纸标定的内径直径为D0的衬套进行渗碳、淬火后的圆度数值进行统计,计算圆度变化数值δ,δ数值上等于衬套淬火后的长轴椭圆数值δ1与短轴椭圆δ2绝对值两者的平均值。即δ=(δ1+|δ2|)÷2。
薄壁衬套淬火后的内径尺寸变动量按照经验公式计算,经验公式为:ΔD=D0×0.05%。
薄壁衬套渗碳、淬回火后,内径尺寸总体变形量ΔL=δ+ΔD。
薄壁衬套外径及内径尺寸均按照减小ΔL进行机加,整体缩小衬套径向尺寸。
设计、制造的淬火心轴,外径数值Dp=D0。
对整体缩小的衬套进行渗碳、高温回火,结束后,对衬套加热淬火,淬火时使用外径为Dp的淬火心轴,对衬套进行淬火校形。
实际采用转底炉连续生产过程中,淬火心轴连续使用超过5次后,需要放入带有冰块的冷水中降温(3~5)min,方可继续使用。
淬火后,零件进行冰冷、低温回火,转入机加,进行机械加工。
通过上述工艺方法,能够快速确定薄壁衬套零件的热处理工艺过程,并最终改善薄壁衬套浅层渗碳渗层深度硬度一致性问题。
实施例2:
某规格衬套,材质为20Cr2Ni4A,需要进行渗碳表面强化,渗层深度要求(0.70~0.90)mm,渗碳淬回火后,要求零件渗层表面硬度≥HRC58,内径直径尺寸控制在(123.10~123.30)mm。由于衬套淬火后椭圆较大,接近0.20mm,内径尺寸变化(123.13~123.32)mm,经后续磨削加工后,存在极少区域未磨削的现象,且渗碳区域表面显微硬度相差较大,甚至出现显微硬度不足HRC58的情况,渗层表面显微硬度差异达到HV30以上,零件示意图如图1所示。
首先,选取5件该件号衬套,进行淬火,统计淬火后的圆度变化平均值,长轴圆度数值δ1=0.12mm,短轴圆度数值δ2=-0.07mm,δ=(δ1+|δ2|)÷2=0.095mm。
衬套淬火后的内径尺寸变动量ΔD=D0×0.05%=123.2×0.05%=0.0616mm。
薄壁衬套渗碳、淬回火后,内径尺寸总体变形量ΔL=δ+ΔD=0.095+0.0616=0.157mm。
薄壁衬套外径及内径尺寸均按照减小0.157mm进行机加,整体缩小衬套径向尺寸。
设计、制造的淬火心轴,外径数值Dp=123.20mm。
对整体缩小的衬套进行渗碳、高温回火,采用转底炉进行衬套淬火加热,淬火使用外径为Dp的淬火心轴,淬火油温控制在50~60℃,连续淬火5次后,放入冰水中冷却5min,再继续淬火。衬套淬火后的圆度数值变化≤0.08mm,内径尺寸控制在(123.15~123.23)mm。
通过上述工艺方法,衬套内径经后续机加磨削后,经机加磨削后,在衬套上平均截取8点,进行渗层硬度一致性评价,渗层表面硬度≥HRC58,且渗碳表面不同位置的显微硬度数值波动ΔH<HV20,满足设计要求,产品合格率大幅提升。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。
Claims (8)
1.一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:统计若干中小尺寸的薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值,计算薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量,根据圆度变化数值、径向尺寸淬火变动量,调整薄壁衬套零件径向尺寸,并对薄壁衬套零件进行淬火变形约束,再对圆度得到改善的薄壁衬套零件进行机加,进而提高渗层硬度一致性。
2.根据权利要求1所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:对图纸标定的内径直径为D0的薄壁衬套零件进行渗碳、淬火后的圆度数值进行统计,计算圆度变化数值δ;
步骤2:计算薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量ΔL;
步骤3:薄壁衬套零件的外径及内径尺寸均按照减小ΔL进行机加,整体缩小薄壁衬套零件径向尺寸;
步骤4:对径向尺寸整体缩小的薄壁衬套零件进行渗碳、高温回火;
步骤5:对薄壁衬套零件加热淬火,淬火时使用外径为Dp的淬火心轴,对薄壁衬套零件进行淬火校形;
步骤6:对薄壁衬套零件进行冰冷、低温回火,转入机加,进行机械加工。
3.根据权利要求2所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:步骤1具体是统计3~5件内径直径为D0的薄壁衬套零件渗碳、淬回火后的圆度变化数值。
4.根据权利要求2所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:步骤1中圆度变化数值δ等于衬套淬火后的长轴椭圆数值δ1与短轴椭圆δ2绝对值两者的平均值,即δ=(δ1+|δ2|)÷2。
5.根据权利要求2所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:步骤2薄壁衬套零件径向尺寸淬火变动量ΔL是根据薄壁衬套零件淬火后的内径尺寸变动量ΔD计算得到,ΔL=δ+ΔD。
6.根据权利要求5所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:薄壁衬套零件淬火后的内径尺寸变动量ΔD按照以下公式计算,公式为:ΔD=D0×0.05%。
7.根据权利要求2所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:步骤5中,淬火时使用的淬火心轴外径为Dp,外径数值Dp等于薄壁衬套零件的内径D0。
8.根据权利要求7所述的一种中小尺寸薄壁衬套渗层硬度一致性改善的工艺方法,其特征在于:淬火心轴连续使用超过5次后,放入带有冰块的冷水中降温3~5min,方可继续使用。
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CN115094203A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 浙江中诚滑动轴承科技有限公司 | 一种多重复合处理自润滑钢衬套的制备方法及衬套 |
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CN114350902B (zh) | 2023-11-07 |
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