專利名稱：一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝。
背景技術(shù)：
金屬工件表面常常要進(jìn)行表面化學(xué)熱處理，以改善其表面物理化學(xué)性能。其中，以滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲鉻、滲釩、滲硼等較為常見。而滲碳技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最廣泛。滲碳法按使用的滲碳劑不同，可分為三大類(1)固體滲碳法以木炭為主劑的滲碳法。
(2)液體滲碳法以氰化鈉(NaCN)為主劑的滲碳法。
(3)氣體滲碳法以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。
滲碳技術(shù)相關(guān)專利數(shù)不勝數(shù)，尤以氣體滲碳法較多，主要是針對低碳鋼、低碳合金鋼等含碳量較低的鋼鐵材料進(jìn)行表面滲碳。滲碳熱處理后金屬表面含碳量可達(dá)到0.8～1.2％，使得金屬工件表面具有較高硬度、強(qiáng)度的同時，仍保持芯部韌性。金屬表面滲碳的理論依據(jù)是分子(原子)永不停息的、無規(guī)則的布朗運(yùn)動。以氣體滲碳為例，發(fā)生氣體(C4H10、C3H8、CH4)和空氣的混合氣體在高溫下發(fā)生反應(yīng)，釋放出活性碳原子，高濃度的活性碳原子進(jìn)入碳原子濃度較低的金屬表面，形成滲碳。氣體滲碳有關(guān)的反應(yīng)如下所示2CO〔C〕+CO2CO+H2〔C〕+H2OC3H8〔C〕+C2H6+H2C2H6〔C〕+CH4+H2
CH4〔C〕+2H2〔C〕為活性碳原子。
金屬表面滲釩的理論依據(jù)是釩為強(qiáng)碳化物形成元素，碳原子充足時發(fā)生反應(yīng)C〕+V→VC碳原子不足時發(fā)生反應(yīng)3〔C〕+4V→V4C37〔C〕+8V→V8C7V8C7〔C〕+2V4C3V4C3+〔C〕 4VCV8C7為碳不飽合、具有空位和有序的細(xì)小碳化物，V4C3為等軸碳化物，具有強(qiáng)烈的彌散強(qiáng)化性。滲釩過程，是金屬表層碳原子被吸出，留下空位，部分釩原子進(jìn)入金屬基體，滲層的厚薄與金屬表層碳原子的多少以及滲釩的溫度、時間有關(guān)。淬火后滲層組織為穩(wěn)定的彌散細(xì)小的V4C3和VC。滲釩技術(shù)經(jīng)過三十多年的應(yīng)用與發(fā)展，已成功地應(yīng)用在耐磨件和工模具上，取得了較好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益。
等溫淬火是將鋼件加熱到奧氏體化溫度后，使之快冷至下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織的淬火工藝。等溫淬火技術(shù)在國外尤其歐、美、日等發(fā)達(dá)國家已普遍采用，國內(nèi)也已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。通過控制鹽浴溫度和保溫時間，可以得到下貝氏體和馬氏體的混合組織，該組織集下貝氏體的強(qiáng)韌性和馬氏體的強(qiáng)塑性優(yōu)點于一身，是金屬綜合機(jī)械性能最佳組織。且鹽浴保溫工件變形小，可減小普通淬火裂紋傾向。
現(xiàn)有技術(shù)中的高碳鋼銷軸大都采用普通淬火或者滲碳處理，在銷軸表面形成致密層以提高表面硬度和耐磨程度，但是效果都不太理想，因為滲碳層的表面硬度較低，銷軸的使用壽命較短；也有對高碳鋼銷軸直接滲釩處理，雖然能取得較高的硬度，但滲層較薄，厚度不均，滲層不夠牢固，磨損過程中，滲釩層易脫離基體，不能滿足苛刻的磨損工況要求。因而，通過怎樣的處理工藝使得滲釩處理后的高碳鋼銷軸表面能夠形成致密堅硬并且牢固的滲釩層，以滿足苛刻的磨損工況要求，成為本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，將高碳鋼銷軸先滲碳處理，再滲釩處理，最后等溫淬火，從而得到達(dá)到使用要求的產(chǎn)品，改善了鋼銷軸的硬度、韌性、耐磨性等綜合機(jī)械性能，工件變形小。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，步驟如下1)滲碳處理，滲碳溫度850～900℃，滲碳時間30～60分鐘；2)淬火，淬火后回火，回火后拋光；3)滲釩處理，滲釩溫度950～990℃，滲釩時間6～8小時；4)等溫鹽浴淬火，淬火溫度290～350℃，淬火時間30～60分鐘。
作為優(yōu)選，上述步驟1)中采用轉(zhuǎn)爐氣體滲碳。
作為優(yōu)選，上述步驟3)中采用高溫箱式爐滲釩。
作為優(yōu)選，上述步驟3)中銷軸與滲釩劑的質(zhì)量比為1～1.25。
上述步驟2)中淬火介質(zhì)為水基；回火溫度為180～200℃，回火時間為100～120分鐘。
本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，通過在滲釩處理前對高碳鋼銷軸做滲碳預(yù)處理，使得鋼銷軸表面活性碳原子極大增多形成富碳區(qū)，從而在滲釩處理時可以吸附足夠多的釩原子，形成較厚、致密并且牢固的滲釩層，避免了直接對高碳鋼銷軸做滲釩處理，滲釩層較薄、不夠牢固、易脫離基體的問題；通過對滲釩處理后的鋼銷軸做等溫鹽浴淬火，避免了普通淬火，基體和滲釩層冷卻收縮速度不同容易開裂的問題。從而，經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的鋼銷軸可以滿足苛刻的磨損工況要求，極大的延長了磨損壽命，還具有表面硬度高、滲層均勻、表面光潔度好等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的滲碳處理工藝曲線圖。
圖2是本發(fā)明的滲釩處理工藝曲線圖。
圖3是本發(fā)明的等溫淬火處理工藝曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細(xì)的說明。
實施例1如圖1、圖2、圖3所示的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝。
本實施例中，以高碳鋼70鋼銷軸，長度11.5mm，外徑φ2.4mm為例說明本發(fā)明工藝的實施過程。
初始銷軸外徑φ2.5mm，精磨到φ2.39±0.005mm，轉(zhuǎn)爐氣體滲碳，滲碳溫度為890℃，保持時間為30分鐘，淬火冷卻，淬火介質(zhì)為水基，淬火2小時內(nèi)及時回火，回火溫度200℃，回火保溫時間2小時，如圖1所示；(這里為普通淬火，淬火及回火工藝參數(shù)可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。)回火后銷軸拋光，除去熱處理過程中的炭黑及氧化膜，金相觀察滲碳層厚度為0.15～0.20mm；高溫箱式爐滲釩，將銷軸和滲釩劑按質(zhì)量百分比為1∶1，(滲釩劑為MV100，質(zhì)量比可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。)放入圓桶中，攪拌均勻，蓋上一厚鋁合金板，板上放置足夠碎紙屑，蓋上圓桶蓋放入高溫箱式爐中，加熱至990℃，保溫8小時，隨爐冷卻至室溫，打開圓筒蓋，取出工件，如圖2所示；滲釩后銷軸進(jìn)行等溫鹽浴淬火，奧氏體化溫度控制在850℃左右，鹽浴溫度控制在350℃，等溫時間為30分鐘，出爐后清洗，如圖3所示；銷軸拋光后，進(jìn)行金相檢驗，金相觀察滲釩層厚度為0.01～0.02mm，滲釩層硬度≥2500HV。如表1所示。
表170鋼銷軸直接滲釩與滲碳后滲釩滲釩層厚度比較(單位mm) 實施例2本實施例中，以高碳鋼80鋼銷軸，長度12.3mm，外徑φ3.0mm為例說明本發(fā)明工藝的實施過程。
初始銷軸外徑φ3.5mm，精磨到φ2.99±0.005mm，轉(zhuǎn)爐氣體滲碳，滲碳溫度為860℃，保持時間為40分鐘，淬火，淬火介質(zhì)為水基，淬火后及時回火，回火溫度180℃，回火保溫時間2小時，如圖1所示；回火后銷軸拋光，金相觀察滲碳層厚度為0.15～0.20mm；高溫箱式爐滲釩，將銷軸和滲釩劑按質(zhì)量百分比為10∶8，放入圓桶中，攪拌均勻，蓋上一厚鋁合金板，板上放置足夠碎紙屑，蓋上圓桶蓋放入高溫箱式爐中，加熱至970℃，保溫8小時，隨爐冷卻至室溫，打開圓筒蓋，取出工件，如圖2所示；滲釩后銷軸進(jìn)行等溫鹽浴淬火，奧氏體化溫度850℃(根據(jù)鋼材而定)，鹽浴溫度控制在330℃，等溫時間為30分鐘，出爐后清洗，如圖3所示；銷軸拋光后，進(jìn)行金相檢驗，金相觀察滲釩層厚度為0.01～0.02mm，滲釩層硬度≥2500HV，如表2所示。
表280鋼銷軸直接滲釩與滲碳后滲釩滲釩層厚度比較(單位mm) 本發(fā)明不局限于以上具體實施方式
，只要是對高碳鋼銷軸先做滲碳預(yù)處理、再滲釩處理、最后等溫淬火的熱處理工藝以及通過該工藝獲得的產(chǎn)品，無論采用何種高碳鋼材，如何調(diào)整工藝參數(shù)，都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
經(jīng)過本發(fā)明工藝處理的高碳鋼銷軸，乃至少具有以下諸多優(yōu)點與使用功效
(1)銷軸表面硬度提高，滲碳銷軸表面硬度為800HV左右，滲釩銷軸表面硬度為2500HV左右，硬度大幅度提高。
(2)滲層均勻并且增厚，直接滲釩銷軸滲層為0.005～0.015mm，滲碳后滲釩滲層為0.01～0.02mm。
(3)等溫淬火無開裂，檢查等溫淬火熱處理銷軸100顆，無開裂；如采用普通淬火，檢查正火→淬火→回火熱處理銷軸100顆，4顆開裂。原因分析滲碳滲釩后銷軸表面滲釩層致密堅硬，正火加熱溫度高，銷軸基體組織膨脹速度大于滲釩層膨脹速度，易造成開裂，此為正火開裂；普通淬火冷卻速度快，基體組織遇冷收縮速度大于滲釩層收縮速度，也易造成開裂，此為淬火開裂。
(4)銷軸表面光潔度好，粗糙度可達(dá)Ra0.1μm，普通銷軸粗糙度為Ra1.6～Ra0.8μm。
(5)延長零件的磨損壽命，較普通高碳鋼銷軸的磨損壽命提高4倍以上。
(6)外觀良好。
權(quán)利要求
1.一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，步驟如下1)滲碳處理，滲碳溫度850～900℃，滲碳時間30～60分鐘；2)淬火，淬火后回火，回火后拋光；3)滲釩處理，滲釩溫度950～990℃，滲釩時間6～8小時；4)等溫鹽浴淬火，淬火溫度290～350℃，淬火時間30～60分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，所述步驟1)中采用轉(zhuǎn)爐氣體滲碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，所述步驟3)中采用高溫箱式爐滲釩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，所述步驟3)中銷軸與滲釩劑的質(zhì)量比為1～1.25。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，所述步驟2)中淬火介質(zhì)為水基。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，其特征在于，所述步驟2)中回火溫度為180～200℃，回火時間為100～120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高碳鋼銷軸滲釩復(fù)合處理工藝，步驟如下1)滲碳處理，滲碳溫度850～900℃，滲碳時間30～60分鐘；2)淬火，淬火后回火，回火后拋光；3)滲釩處理，滲釩溫度950～990℃，滲釩時間6～8小時；4)等溫鹽浴淬火，淬火溫度290～350℃，淬火時間30～60分鐘。本技術(shù)方案通過在滲釩處理前對高碳鋼銷軸做滲碳預(yù)處理，使之可以形成較厚、致密并且牢固的滲釩層，避免了直接對高碳鋼銷軸做滲釩處理，滲釩層較薄、不夠牢固、易脫離基體的問題；通過對滲釩處理后的鋼銷軸做等溫鹽浴淬火，避免了普通淬火，基體和滲釩層冷卻收縮速度不同容易開裂的問題。
文檔編號C23C10/36GK101033554SQ200710068129
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者張融南, 葉斌, 盧旭東, 張煉, 宣碧華 申請人:宣碧華