提高曲轴的疲劳强度 气体软氮化技术应用

发布者: 发布时间:2016/8/17 13:56:04 阅读:次 【字体:

   为提高曲轴的疲劳强度,许多曲轴生产厂采用了气体软氮化技术(金属加工在线微信提示:气体软氮化是一种由液体软氮化发展起来的、化学热处理工艺,其实质是以渗氮为主的低温碳氮共渗。它的特点是处理温度低、时间短,工件变形小,质量稳定,不受钢种限制,能显著提高零件的耐磨性、疲劳强度、抗咬合、抗擦伤等性能,同时还能解决液体软氮化中的毒性问题,避免了公害,因而劳动条件好。此外,设备和操作都简单,容易推广。

提高曲轴的疲劳强度 气体软氮化技术应用

  其基本原理是在530°~580℃的气氛中产生2CO→[C]+CO_2(渗碳)及2NH3→2[N]+3H_2(氮化)反应,使钢铁表面形成氮化物或碳氮化物。),其中采用这项技术以山东曲轴总厂、潍坊柴油机厂、重汽集团复强动力公司等为典型代表。仅山东曲轴总厂,就拥有连续软氮化生产设备及5-2型气体软氮化设备近10多台。而重汽集团复强动力公司设备能力达到技术国内最先进、功率最大、装炉量最多,同时比同行业设备更具有节能环保效应。

  据金属加工在线小编多年经验,目前,国内生产曲轴所采用的典型材料多为45钢和42CrMoTi。

  曲轴气体软氮化与处理其他软氮化零件相类似,其氮化工艺过程一般要经过前清洗、升温、保温、冷却、后清洗等5个阶段,包括出装炉。不同的厂家在气体软氮化工艺上略有不同。

  1.前清洗工艺

  待处理零件装炉前应通过清洗使零件表面清洁无油,目前采用的主要清洗方法主要有下列方式:高温蒸汽加清洗剂洗涤然后加高温蒸汽漂洗涤、自动清洗机清洗、汽油擦洗。

  清洗的好坏将直接影响曲轴的处理质量和延长处理周期。如果曲轴表面脏,处理后的曲轴表面附着很多碳黑,既影响产品外观又影响产品质量。经改进清洗工艺后,处理质量大大提高。据实际经验来看,表面清洁易形成连续的厚度较为均匀的化合物层,反之则不易形成连续和厚度均匀的化合物层。而在气体软氮化时化合物层对硬度、耐磨及抗疲劳性能有较大贡献。本文的第三种方式是在生产条件不具备时的变通方法,仅适用于小规模清洗。

  2.预氧化工艺

  为保证零件性能的综合要求,在气体软氮化之前一般还需要进行预先热处理,气体软氮化的预热温度一般取400~490℃,保温1h左右,去除工件表面油污、油脂,并在表面形成一层氧化物,使(合金)氮化物缓慢形成,使深层更加均匀。根据零件易变形程度,选择适当的升温速度并应在预先热处理使组织充分均匀化。

  3.软氮化工艺

  气体软氮化工艺参数一般为:平均升温速度100℃/h;保温温度为540~570℃;保温时间为3~4h。

  (1)软氮化温度的选择范围及控制

  对于碳钢或铸铁或低合金钢,人们常采用气体软氮化(低温碳、氮共渗)技术。就大量的实践表明:氮化层的硬度和渗层与温度、时间、浓度有极值关系。在铁氮碳三元相图中,同素异晶转变点略有降低,其等温截面大约降至575℃。当温度高于575℃时,随着温度的升高,渗层和硬度迅速下降,高于600℃时,渗层几乎完全消失。为使有较好的碳、氮共渗效果,气体软氮化的控制温度一般取570℃(高于三元共析点)。表层中形成含氮奥氏体,快冷时形成含氮马氏体,使表面形成高硬度,所以软氮化易采用快冷。软氮化前期(约3h)属强渗阶段,在表层形成高氮势相ε,提高渗速,而后进入扩散阶段,降低表面氮含量,减小脆性。

  (2)软氮化工艺气体比例流量

  强渗时NH3、CO2、N2时的比例一般为55:5:40,通气量一般为炉堂体积的1.5~2倍。适当提高NH3含量,可以提高渗层;适当提高CO2含量,可以提高工件表面硬度(若采用HV10测量,则对表面硬度影响的因素是氮前基体硬度,扩散层深度,白亮层硬度。45钢要求氮前基体硬度应>200HBW)。扩散时NH3、CO2、N2时的比例一般为40:5:55,通气量一般为炉堂体积的1~1.5倍。

  炉内氢含量:强渗区氢含量10%~18%以上(新炉氢含量偏低);扩散区氢含量8%~13%以上(新炉氢含量偏低)。

  烘炉工艺:每次新起炉装工件之前应进行空渗,空渗时间6~12h,氢含量达到10%以上。新炉子连续使用一段时间(3个月)后,应进行空渗。温度600℃保温12h以上,只通少量氮气,维持炉压即可(240~300Pa)获得最佳的硬度和渗层。

  4.软氮化后冷却工艺

  为使曲轴有较好的碳、氮共渗效果,气体软氮化的控制温度一般取570℃(高于三元共析点)表层中形成含氮奥氏体,氮化后快冷时形成含氮马氏体,使表面迅速形成高硬度,所以软氮化易采用快冷。某设备厂商连续软氮化冷却采用油冷却,其设备采用完全自动控制,由推料机构直接从氮化炉体内推到油冷升降台上,自动降到油槽冷却。冷却采用双搅拌冷却,一般快搅取:5~6min,1300r/min。慢搅取:10min左右,750r/min。淋油取5min左右。冷却后一般曲轴都会大小产生变形,关于变形只要时效处理好(2~4h),均匀升温就可保证变形较小,潍坊柴油机厂的氮化曲轴轴向跳动控制方面做的就比较好。

  5.氮化后清洗工艺

  处理后零件应通过清洗使零件表面清洁无油,目前采用的主要清洗方法主要有下列方式:高温蒸汽加清洗剂洗涤然后加高温蒸汽漂洗涤;自动清洗机清洗;汽油擦洗

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