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液压泵关键件碳氮共渗工艺

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人气:-发表时间:2019-03-20 09:24【

1.概述

缸体的材料为12CrNi3A,柱塞的材料为18Cr2Ni4WA。在柱塞泵工作过程中,柱塞在缸体中高速转动并往复运动,对柱塞的外表面和缸体内表面的耐磨性和硬度要求极高,对两零件的心部要求硬度相对较低。柱塞高低压槽薄壁处若硬度过高,在高速运转过程中极易断裂,如图1所示。缸体锥滚轮轴和高低压孔连接孔通过法兰与泵壳连接,其形位公差要求严格,如图2所示。因此,柱塞缸体这两个零件的热处理工艺和加工路线极为重要。

液压泵关键件碳氮共渗工艺.jpg

液压泵关键件碳氮共渗工艺.jpg

2.解决思路

碳氮共渗是将C、N原子渗入零件表面,提高零件材料的耐磨性和疲劳强度;淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后很快放入淬火剂中,使其温度骤然降低,以大于临界冷却速度的速度急速冷却,而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度,因此对柱塞和缸体进行淬火处理、对配合表面进行碳氮共渗处理,可以得到理想的效果。

通常情况下碳氮共渗工序排在机加工之后磨削工序之前,但是为了对零件非渗层特征进行保护,必须涂抹保护介质,这些介质经过热处理后可能粘附在零件表面,从而将杂质颗粒带入产品中,影响柱塞和缸体的配合。另外,碳氮共渗是一个热处理过程,可能会对零件的形位公差和尺寸精度造成影响,从而导致产品装配困难,因此将碳氮共渗工序置于机加工之前。

碳氮共渗一般伴随着淬火,零件非渗层硬度达到40~45HRC,在机加工过程中加工难度极大、加工速度慢,经常导致断刀,极大地降低了加工效率。回火是将已经淬火的钢重新加热到一定温度,再用一定方法冷却,其目的是消除淬火产生的内应力,降低硬度和脆性,以取得预期的力学性能。为了探究回火处理、淬火处理等对碳氮共渗试块硬度及渗层的影响,分别取缸体、柱塞试块进行试验。碳氮共渗后与碳氮共渗+回火后零件硬度对比如图3、图4所示。

液压泵关键件碳氮共渗工艺.jpg

其中,碳氮共渗后表面硬度为58HRC,心部硬度为444HV;回火条件:650~700℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温2h,随炉冷却至500℃,油冷;碳氮共渗+回火后表面硬度为43.7HRC,心部硬度为267.2HV。

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其中,碳氮共渗后表面硬度为60.4HRC,心部硬度为392HV;回火条件:650~700℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温2h,随炉冷却至500℃,油冷;碳氮共渗+回火后表面硬度为26.43HRC,心部硬度为207.75HV。

由图3、图4可知,碳氮共渗+回火处理后零件硬度明显降低,达到了可正常机加工的范围。而缸体柱塞整体要求硬度较高,因此在粗加工后进行淬火+冷处理来提高零件硬度。冷处理是指将淬火钢继续冷至室温以下,使在室温尚未转变的残留奥氏体继续转变为马氏体的一种热处理操作,冷处理的目的是尽量减少淬火钢中的残留奥氏体。精加工时,由于去量较小,虽然加工难度有所增加,但尚可接受。碳氮共渗与碳氮共渗+回火+冷处理的硬度对比如图5、6所示。

 

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其中,碳氮共渗后表面硬度为58HRC,心部硬度为444HV;回火条件:650~700℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温2h,随炉冷却至500℃,油冷;淬火条件:850~860℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温1h,油冷;冷处理条件:用2h将温度降低至-70℃,保温2h,将温度加热至30℃,保温1h,烘干;碳氮共渗+回火后表面硬度为63.5HRC,心部硬度为446.7HV。

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其中,碳氮共渗后表面硬度为60.4HRC,心部硬度为392HV;回火条件:650~700℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温2h,随炉冷却至500℃,油冷;淬火条件:850~860℃,真空度1.33×10-1~1.33×10-2,保温1h,油冷;冷处理条件:用2h将温度降低至-70℃,保温2h,将温度加热至30℃,保温1h,烘干;碳氮共渗+回火后表面硬度为65.2HRC,心部硬度为446.7HV。

由图5、图6可知,碳氮共渗零件经过回火+淬火+冷处理后表面硬度反而增加,这是因为冷处理使室温尚未转变的残留奥氏体继续转变为马氏体,马氏体量增加,其体心立方体晶格结构比奥氏体的面心立方晶格结构更加稳定,因此试块硬度增加。

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图7、图8分别为碳氮共渗+回火+淬火+冷处理后柱塞、缸体试块金相组织。由图7、图8可以看出柱塞渗层厚度约为844um,缸体渗层厚度约为786μm,与只进行碳氮共渗后厂家提供的渗层厚度0.844mm相比,几乎差别不大。因此回火、淬火、冷处理对碳氮共渗层的影响不大,工艺路线可以这样实行。

3.结语

(1)碳氮共渗之后,回火可以降低柱塞、缸体的硬度,便于加工,提高了加工效率。

(2)碳氮共渗+回火+淬火+冷处理可以将柱塞、缸体零件硬度重新升到只进行碳氮共渗状态,并且略有超越,效果更为理想。

(3)碳氮共渗之后对缸体、柱塞零件进行回火、淬火、冷处理对碳氮共渗层的影响不大。

文章转自热处理生态圈

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