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        滲碳鋼制軸承套圈滲碳及熱處理工藝

        2013-10-11 03:11:28周保鑫劉秀蓮
        哈爾濱軸承 2013年2期
        關(guān)鍵詞:滲層滲碳硬化

        周保鑫,劉秀蓮,玄 輝

        (1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 熱處理分廠,黑龍江 哈爾濱 150036;2.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心,黑龍江 哈爾濱 150036)

        1 前言

        某滲碳鋼制軸承套圈主要應(yīng)用在航空軸承領(lǐng)域,熱處理技術(shù)要求主要包括以下內(nèi)容:

        表面含碳量:0.75%~0.95%,套圈滲碳后有效硬化層深度為1.5mm~1.8mm(成品套圈有效硬化層深度0.9mm~1.2mm),表面硬度58HRC~63HRC,心部硬度35HRC~48HRC,表面碳化物均勻。

        2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

        2.1 試樣尺寸

        試樣尺寸為10×10×20mm。

        2.2 剝層棒尺寸

        剝層棒尺寸為φ60×80mm。

        2.3 剝層要求及檢驗(yàn)方法

        (1)滲碳后的剝層棒在車床上裝卡后,調(diào)整徑向跳動(dòng)值在0.10mm以內(nèi),確保剝層分析取樣的準(zhǔn)確度。

        (2)剝層過程中,不允許澆冷卻水,以免影響定量分析的準(zhǔn)確性。

        (3)剝層前先將端面車削2.5mm~3.0mm,再將圓周表面車削0.15mm~0.2mm。

        (4)逐層車削圓周表面,每層車削0.2mm,共車削9層,將車屑分別裝入試樣袋中,并做好標(biāo)記。

        圖1 試樣剝層棒裝爐方式

        (5)最后再將圓周表面車削2.5mm~3mm,去除殘余滲碳層,以備后用。

        (6)剝層分析采用定量化學(xué)分析方法。

        2.4 試樣、剝層棒裝爐要求

        滲碳設(shè)備的有效加熱區(qū):900×600×480mm。

        產(chǎn)品有效擺放區(qū)域:650×450×400mm,將試樣1#~8#、剝層棒9#按如圖1 所示裝入爐中。

        2.5 定碳驗(yàn)證

        為了保證RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐碳勢(shì)的穩(wěn)定,試驗(yàn)前要進(jìn)行定碳校正。

        (1)定碳材料:箔片。

        (2)箔片定碳前用酒精清洗,確保箔片表面清潔。

        (3)在爐內(nèi)碳勢(shì)穩(wěn)定時(shí),加入箔片并記錄此時(shí)的碳勢(shì)值。

        (4)將箔片在爐內(nèi)保溫30±5min后取出,并記錄此刻的碳勢(shì)值。

        (5)采用定量化學(xué)分析方法對(duì)箔片進(jìn)行測(cè)試,以校正爐內(nèi)碳勢(shì)。

        3 滲碳及熱處理工藝試驗(yàn)

        圖2 滲碳工藝曲線

        圖3 淬回火工藝曲線

        3.1 試驗(yàn)方案1

        表1 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

        3.1.1 設(shè)備

        滲碳設(shè)備:RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐;

        表2 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

        圖4 滲層組織

        圖5 心部組織

        淬火設(shè)備:C-75 、C-45;

        回火設(shè)備:H-75;

        冷處理設(shè)備:冷凍機(jī)。

        3.1.2 試驗(yàn)工藝

        滲碳工藝曲線如圖2 所示,淬回火工藝曲線如圖3 所示。

        3.1.3 檢測(cè)結(jié)果

        剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表1 。

        試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表2。

        試樣滲層組織見圖4,心部組織見圖5。

        3.1.4 結(jié)果分析及驗(yàn)證方案調(diào)整

        檢測(cè)結(jié)果顯示,表面碳濃度過低,沒有達(dá)到技術(shù)要求,有效硬化層深度大部分都沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值,且均勻性不好。對(duì)以上問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)是由于此鋼在滲碳過程中表面形成Cr3C7碳化物,阻止了對(duì)碳原子的吸附。通過預(yù)氧化處理,抑制了碳化物的析出,所以對(duì)碳原子的吸附能力增強(qiáng),因此在滲碳前增加一次預(yù)氧化處理過程。

        3.2 試驗(yàn)方案2

        3.2.1 設(shè)備

        預(yù)氧化處理設(shè)備:箱式電爐;

        滲碳設(shè)備:RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐;

        圖6 預(yù)氧化處理工藝曲線

        表3 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

        表4 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

        淬火設(shè)備:C-75 、C-45;

        回火設(shè)備:H-75;

        冷處理設(shè)備:冷凍機(jī)。

        3.2.2 試驗(yàn)工藝

        預(yù)氧化處理工藝曲線如圖6 所示,滲碳工藝曲線如圖2 所示,淬回火工藝曲線如圖3 所示。

        3.2.3 檢測(cè)結(jié)果

        剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表3 。

        試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表4。

        試樣滲層組織見圖7,心部組織見圖8。

        圖7 滲層組織

        圖8 心部組織

        3.2.4 結(jié)果分析及方案調(diào)整

        檢測(cè)結(jié)果顯示,碳濃度部分偏高,有效硬化層深度也超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值,且均勻性不好。產(chǎn)生以上問題的原因是由于碳勢(shì)過高或者強(qiáng)滲時(shí)間過長(zhǎng)造成。試樣裝爐時(shí),由于各自的表面清潔度不同,造成有效硬化層深度均勻性不好。因此需調(diào)整滲碳工藝,縮短強(qiáng)滲時(shí)間、延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間,并將碳勢(shì)下調(diào),且試樣裝爐前要經(jīng)過100%清洗,保持表面清潔。為了生產(chǎn)的連續(xù)性,減少試樣再次污染的機(jī)會(huì),采用一次裝爐方式,將預(yù)氧化處理也采用RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐,提高氧化溫度,以增強(qiáng)試樣表面對(duì)碳原子的吸附能力,達(dá)到較好的滲碳效果。

        3.3 試驗(yàn)方案3

        3.3.1 設(shè)備

        預(yù)氧化處理及滲碳設(shè)備:RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐;

        淬火設(shè)備:C-75 、C-45;回火設(shè)備:H-75;冷處理設(shè)備:冷凍機(jī)。

        3.3.2 試驗(yàn)工藝

        滲碳工藝曲線如圖9 所示,淬回火工藝曲線如圖3 所示。

        圖9 滲碳工藝曲線

        3.3.2.1 滲碳工藝規(guī)范說明

        (1)設(shè)備在945±5℃通入丙烷裂解氣保溫。

        (2)開啟爐門排凈保護(hù)氣,關(guān)爐門在945±5℃保持60min。

        (3)后爐門全部打開10±2m in,溫度降至910℃~920℃。

        (4)試樣推入爐后室進(jìn)行預(yù)氧化處理,共計(jì)30min~40min 。

        (5)向爐內(nèi)通入14m3/h~16m3/h的保護(hù)氣,保持7min~10min。

        (6)導(dǎo)氣完成后,保護(hù)氣通入量調(diào)整至5m3/h~7 m3/h,保持10±2min。

        (7)打開富化氣按鈕,常量調(diào)整為230m l/h~250m l/h,碳勢(shì)穩(wěn)定在0.80%~0.85%后,作為強(qiáng)滲計(jì)時(shí)開始。

        (8)強(qiáng)滲階段:碳勢(shì)設(shè)定在0.98%,常量和變量調(diào)整波動(dòng)值控制在±0.02%范圍內(nèi),時(shí)間為6.5h~7h。

        (9)擴(kuò)散階段:碳勢(shì)設(shè)定在0.50%,常量和變量調(diào)整波動(dòng)值控制在±0.02%范圍內(nèi),時(shí)間為14h~14.5h。

        (10)產(chǎn)品出爐空冷至室溫 。

        表5 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

        表6 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

        圖10 滲層組織

        圖11 心部組織

        3.3.3 檢測(cè)結(jié)果

        剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表5。

        試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表6。

        試樣滲層組織見圖10,心部組織見圖11。

        以上檢測(cè)結(jié)果均符合技術(shù)要求。

        表7 檢測(cè)結(jié)果

        圖12 軸承型號(hào)1滲層組織

        圖13 軸承型號(hào)1心部組織

        圖14 軸承型號(hào)2滲層組織

        圖15 軸承型號(hào)2心部組織

        4 驗(yàn)證

        按試驗(yàn)方案3進(jìn)行批量生產(chǎn),其檢測(cè)結(jié)果見表7。

        軸承型號(hào)1滲層組織見圖12,心部組織見圖13。

        軸承型號(hào)2滲層組織見圖14,心部組織見圖15。

        其結(jié)果完全符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

        5 結(jié)束語

        從以上檢驗(yàn)結(jié)果可見,表面含碳量、有效硬化層深度、表面硬度和心部硬度、表面碳化物均勻性及大小均滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求,使軸承內(nèi)、外套圈的工作表面具有高的硬度、耐磨性、高抗疲勞性,而心部具有高的強(qiáng)韌性、承受高沖擊載荷的性能。

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