CN115505865B - 钩型零件局部渗氮热处理夹具及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料化学热处理领域，提出了钩型零件局部渗氮热处理夹具及其方法。钩型零件局部渗氮热处理夹具根据零件外形特征设计，其中与零件接触且贴合的夹具表面进行镀铜处理，另设堵盖确保氮原子从夹具上方无法进入内部。针对现有技术中零件直接摆放在热处理炉中进行热处理，造成渗氮效果不佳、非渗氮表面得不到保护的问题，本夹具对钩型零件不同部位采取了针对性的保护措施，既解决了零件孔渗氮处理保护的问题，渗氮后不需再进行机械加工，又实现了热处理过程中搬运便利的目的。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料化学热处理领域，尤其涉及钩型零件局部渗氮热处理夹具及其方法。
背景技术
钩型零件是大型机械设备关键承力零件，零件材料选用38CrMoAlA，该材料便于机械加工，经调质处理后可得到高强度和高韧性匹配，零件承受极大的冲击载荷和拉伸载荷，要求零件基体具有高强度和高韧性匹配，零件表面具有较高的耐磨和耐蚀能力。零件外形较复杂，无装配要求的表面部分进行渗氮，将表面硬度提高至800HV以上以获得更高的耐磨性，起到延长使用寿命的作用。另外对与其它零件装配的孔在渗氮过程中需要进行保护，保护表面不会产生渗氮强化，确保零件装配效果。
目前普遍采用零件整体渗氮工艺，对钩型零件孔无法进行保护，渗氮后零件孔加工难度大，并且零件尺寸及表面精度无法得到保证。对于形状复杂，尺寸精度要求高的零件，进行整体渗氮，渗氮后零件的渗氮面和非渗氮面均存在机械加工困难的难题，加工零件孔时表面精度无法保证，很难达到装配要求。此外，对于此类大型复杂零件，防渗表面无法通过其它方式进行精准保护，而且零件装炉、出炉不方便。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了钩型零件局部渗氮热处理夹具及其方法，利用钩型零件局部渗氮热处理夹具对钩型零件进行定位、固定、保护以及夹紧，确保零件在渗氮热处理过程中的形状、各部尺寸以及零件局部渗氮层质量。本发明的目的是提供一种操作简便，提高产品质量，定位精准，能够有效的保证零件局部渗碳效果的钩型零件局部渗氮热处理夹具及其方法。
本发明的技术方案如下：
一种钩型零件局部渗氮热处理夹具，包括楔铁2、芯轴3、垫套4、堵盖5、底板6、吊环7和立柱8；立柱8一端垂直焊接于底板6上形成主体1，立柱8另一端螺接一堵盖5，用于隔离氮原子；立柱8上设有一定位孔，芯轴3穿过该定位孔；芯轴3两端上分别依次套有垫套4和楔铁2；底板6上设有吊环7用于吊装工装；芯轴3表面和立柱8外表面进行镀铜处理。
镀铜层应均匀、致密，无气泡、起皮和松孔。因为氮元素在钢中易扩散，而在铜中难以扩散，为了确保局部渗氮效果，对零件非渗氮孔进行保护，对与其接触且全部贴合的工装表面进行镀铜处理，实现对零件孔的局部保护效果。堵盖5起到密封、隔离作用，确保氮原子从夹具上方无法进入内部，保证零件非渗氮表面的防渗效果。
一种钩型零件局部渗氮热处理方法，包括步骤如下：
步骤一、清洗钩型零件9以及钩型零件局部渗氮热处理夹具；
使用清洗溶液进行清洗，清洗溶液配比为：氢氧化钠：45～70g/L、碳酸钠：35～40g/L、磷酸三钠：29～42g/L、硅酸钠：5～9g/L，使用去离子水配制清洗溶液；清洗溶液清洗10min后，转入清水中清洗10min，然后在室温下进行晾干干燥；此方法清洗可以有效去除零件表面的油、盐、灰尘等脏污，确保零件及夹具在表面干净的状态下进行渗氮热处理，避免了零件在渗氮过程中产生的污染，有效保证了零件的渗氮效果。
步骤二、零件安装定位
将钩型零件9套于立柱8外，使钩型零件9内孔与立柱8的外表面紧密贴合；钩型零件9的底面压在底板6上；将芯轴3穿过钩型零件9的侧孔中并贯穿立柱8上的定位孔；将垫套4套在芯轴3上，并利用楔铁2进行夹紧固定，在立柱8上装入堵盖5；
步骤三、渗氮热处理
渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入零件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。采用气体渗氮工艺，把钩型零件9放入渗氮炉中，渗氮炉配备氨裂解装置，同时用质量流量计监控渗氮炉内气体成分，达到控制炉内氨分解率的目的；渗氮过程中保证渗氮炉内气氛流动畅通，进气、排气管道自由流通；渗氮炉内为正压且压力保持在2mbar～3mbar；设备到温后通入的氨气流量控制在10L/min～15L/min，进行保温；保温较长时间后，活性氮原子不断吸附到零件表面，并扩散渗入零件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。
步骤四、检验
钩型零件9渗氮后进行外观检验，钩型零件9渗氮面呈浅灰色或灰白色，存在氧化色和局部碳黑沉积；钩型零件9渗氮面无裂纹、剥落、碰伤、起泡及腐蚀。
所述步骤一中的晾干干燥操作，当部分部位留有水渍时，采用棉布蘸取酒精擦洗钩型零件9表面直至污物除尽为止。
所述步骤二中的钩型零件9与底板6间隙不大于0.02mm。
所述步骤三的渗氮热处理具体包括；
步骤3.1预氧化；加热到350℃～360℃，保温20min～30min；
步骤3.2排气升温；先通入体积为1倍炉罐容积的氮气，再通入体积为1倍炉罐容积的氨气；
步骤3.3加热至500℃，氨分解率稳定在25％～35％范围内，保温4h～5h；
步骤3.4加热至540℃，氨分解率稳定在45％～55％范围内，保温6h～8h；
步骤3.5加热至540℃，氨分解率稳定在65％～70％范围内，保温30h～45h。
本发明的有益效果：针对现有技术中存在的零件直接摆放在热处理炉中进行热处理，各部分尺寸以及型面得不到保证、渗氮效果不佳、非渗氮表面得不到保护、存在零件后续机加困难的技术问题，本发明根据零件外形特征，设计钩型零件局部渗氮热处理夹具，对钩型零件不同部位采取了针对性的保护措施，既解决了零件孔渗氮处理保护的问题，渗氮后不需再进行机械加工，又实现了热处理过程中搬运便利的目的。钩型零件局部渗氮热处理夹具结构实用、定位精准、装夹牢固、易于加工制造，操作者使用安全可靠，操作者打夹零件劳动强度低，热处理后的零件变形小，各部尺寸符合要求。
附图说明
图1为钩型零件示意图，(a)为正视图，(b)为侧视图；
图2为钩型零件仰视示意图；
图3为钩型零件局部渗氮热处理夹具示意图，(a)为正视图，(b)为俯视图；
图4为钩型零件局部渗氮热处理夹具的主体示意图，(a)为正视图，(b)为俯视图；
图5(a)为钩型零件渗氮热处理夹具安装示意正视图，
图5(b)为钩型零件渗氮热处理夹具安装示意俯视图。
图中：1-主体；2-楔铁；3-芯轴；4-垫套；5-堵盖；6-底板；7-吊环；8-立柱；9-钩型零件。
具体实施方式
1)用溶剂清洗钩型零件9与钩型零件局部渗氮热处理夹具，结合棉布蘸取酒精擦洗零件及夹具表面，保证零件表面清洗干净。
2)如图5(a)和图5(b)所示，利用木槌轻轻敲击将钩型零件9穿过立柱8，钩型零件9底平面与底板6贴合。利用木槌轻轻敲击将芯轴3穿入钩型零件9的侧孔中并贯穿立柱8上的定位孔。将垫套4套于芯轴3上，并利用楔铁2进行夹紧固定，最后在立柱8上装入堵盖5。
3)安装完成后利用塞尺检查钩型零件9与底板6间隙，确保间隙不大于0.02mm。
4)将安装好钩型零件9的钩型零件局部渗氮热处理夹具放在渗氮炉中。预氧化：加热到350℃～360℃，保温20min～30min。
5)排气升温：先通入体积为1倍炉罐容积的氮气，再通入体积为1倍炉罐容积的氨气。
6)加热：500℃，氨分解率稳定在25％～35％范围内，保温4h～5h；
7)加热：540℃，氨分解率稳定在45％～55％范围内，保温6h～8h；
8)加热：540℃，氨分解率稳定在65％～70％范围内，保温30h～45h。
9)冷却：启动冷却风机，通高纯氮气快速冷却至100℃以下出炉空气冷却。
10)外观检查：零件渗氮面应呈浅灰色或灰白色，允许存在轻微氧化色和局部轻微碳黑沉积。零件渗氮面不应有裂纹、剥落、碰伤、起泡及腐蚀等缺陷。
Claims (5)
1.一种钩型零件局部渗氮热处理夹具，其特征在于，该钩型零件局部渗氮热处理夹具包括楔铁(2)、芯轴(3)、垫套(4)、堵盖(5)、底板(6)、吊环(7)和立柱(8)；立柱(8)一端垂直焊接于底板(6)上形成主体(1)，立柱(8)另一端螺接一堵盖(5)，用于隔离氮原子；立柱(8)上设有一定位孔，芯轴(3)穿过该定位孔；芯轴(3)两端上分别依次套有垫套(4)和楔铁(2)；底板(6)上设有吊环(7)用于吊装工装；芯轴(3)表面和立柱(8)外表面进行镀铜处理。
2.一种钩型零件局部渗氮热处理方法，其特征在于，采用权利要求1所述的钩型零件局部渗氮热处理夹具，所述的处理方法包括步骤如下：
步骤一、清洗钩型零件(9)以及钩型零件(9)局部渗氮热处理夹具；
使用清洗溶液进行清洗，清洗溶液配比为：氢氧化钠：45～70g/L、碳酸钠：35～40g/L、磷酸三钠：29～42g/L、硅酸钠：5～9g/L，使用去离子水配制清洗溶液；清洗溶液清洗10min后，转入清水中清洗10min，然后在室温下进行晾干干燥；
步骤二、零件安装定位
将钩型零件(9)套于立柱(8)外，使钩型零件(9)内孔与立柱(8)的外表面紧密贴合；钩型零件(9)的底面压在底板(6)上；将芯轴(3)穿过钩型零件(9)的侧孔中并贯穿立柱(8)上的定位孔；将垫套(4)套在芯轴(3)上，并利用楔铁(2)进行夹紧固定，在立柱(8)上装入堵盖(5)；
步骤三、渗氮热处理
采用气体渗氮工艺，把钩型零件(9)放入渗氮炉中，渗氮炉配备氨裂解装置，同时用质量流量计监控渗氮炉内气体成分，达到控制炉内氨分解率的目的；渗氮过程中保证渗氮炉内气氛流动畅通，进气、排气管道自由流通；渗氮炉内为正压且压力保持在2mbar～3mbar；设备到温后通入的氨气流量控制在10L/min～15L/min，进行保温；
步骤四、检验
钩型零件(9)渗氮后进行外观检验，钩型零件(9)渗氮面呈浅灰色或灰白色，存在氧化色和局部碳黑沉积；钩型零件(9)渗氮面无裂纹、剥落、碰伤、起泡及腐蚀。
3.根据权利要求2所述的钩型零件局部渗氮热处理方法，其特征在于，所述步骤一中的晾干干燥操作，当部分部位留有水渍时，采用棉布蘸取酒精擦洗钩型零件(9)零件表面直至污物除尽为止。
4.根据权利要求2或3所述的钩型零件局部渗氮热处理方法，其特征在于，所述步骤二中的钩型零件(9)与底板(6)间隙不大于0.02mm。
5.根据权利要求2或3所述的钩型零件局部渗氮热处理方法，其特征在于，所述步骤三的渗氮热处理具体包括；
步骤3.1预氧化；加热到350℃～360℃，保温20min～30min；
步骤3.2排气升温；先通入体积为1倍炉罐容积的氮气，再通入体积为1倍炉罐容积的氨气；
步骤3.3加热至500℃，氨分解率稳定在25％～35％范围内，保温4h～5h；
步骤3.4加热至540℃，氨分解率稳定在45％～55％范围内，保温6h～8h；步骤3.5加热至540℃，氨分解率稳定在65％～70％范围内，保温30h～45h。
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