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        測定螺紋聯(lián)接釬桿滲碳層碳濃度梯度的光譜分層法

        2022-04-27 07:57:22孫莎莎肖上工
        鑿巖機(jī)械氣動工具 2022年1期
        關(guān)鍵詞:共析濃度梯度滲層

        孫莎莎,肖上工

        (河南千王釬具公司,河南 商水466100)

        1 前言

        液壓鑿巖機(jī)用螺紋釬桿,是技術(shù)含量很高的釬桿品種,它的外形為一細(xì)長桿體,它的服役條件是在腐蝕介質(zhì)中承受高頻的拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的載荷,因而要求所用的鋼鐵材料性能及其熱處理工藝必須優(yōu)良、可靠。 制造螺紋聯(lián)接釬桿主要采用23CrNi3Mo 鋼,滲碳-淬火是其最重要的熱處理工藝。鋼件滲碳層各層次碳濃度測定歷來采用車削剝層法,鐵屑經(jīng)化學(xué)分析測定含碳量[1]。這一辦法要用精密車床加工及繁瑣的化學(xué)分析過程,費時、費力、成本高,干擾因素多。國內(nèi)曾有人采用進(jìn)口直讀光譜儀做過熱處理滲碳后的碳濃度梯度分析[2],但未見此法在釬具行業(yè)中應(yīng)用的報道。

        2 碳濃度梯度的定義

        滲碳工藝的主要技術(shù)指標(biāo)之一是滲層碳的濃度梯度,在滲碳熱處理工藝試驗中,通過了解不同滲碳工藝滲碳層的濃度梯度,可調(diào)整滲碳時間、擴(kuò)散時間和碳勢,從而確定符合零件要求的滲碳工藝。滲碳層的碳濃度梯度反映了碳含量沿滲碳層深度方向下降的狀況,直接影響淬硬層的硬度梯度。 碳濃度梯度的下降應(yīng)平緩,以利于滲碳層與心部的結(jié)合。 否則,釬桿在使用中容易產(chǎn)生表層剝落現(xiàn)象,導(dǎo)致釬桿過早失效,降低釬桿的使用壽命。

        3 滲碳層的技術(shù)要求

        滲碳后螺紋聯(lián)接釬桿的使用性能取決于滲層組織。 為了滿足滲碳釬桿的使用性能,要求它的表面具有高的硬度和耐磨性,對滲碳層有以下要求:

        (1)滲碳釬桿表面的碳濃度對力學(xué)性能有較大影響,Wt(C)應(yīng)控制在0.85%~1.05%之間,一般要求在0.9%左右。 如果要求耐磨則選用上限,要求強韌而又有一定的耐磨性可選用下限,亦可綜合考慮,其效果更好。表面碳濃度太低,淬火后的硬度低,達(dá)不到所要求的高硬度和高耐磨性。 碳濃度太高,容易形成大塊或網(wǎng)狀碳化物,使?jié)B層脆性增大甚至剝落;碳濃度過高,還會使淬火后殘留奧氏體量增加,降低工件的疲勞強度。

        (2)滲碳層的碳濃度梯度反映了碳含量沿滲碳層深度方向下降的狀況,直接影響淬硬層的硬度梯度。 碳濃度梯度的下降應(yīng)平緩,以利于滲碳層與心部的結(jié)合。 否則,在使用中容易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。

        (3)滲碳層組織:工件自滲碳溫度緩慢冷卻后,表面層的碳濃度最高,組織為珠光體和碳化物(即過共析層);次層的碳濃度稍低,組織為珠光體(即共析層);再次層為珠光體和鐵素體(即亞共析層,也稱過渡層)。亞共析層是指從出現(xiàn)鐵素體到原始組織之間的區(qū)域。 滲碳工件經(jīng)淬火后,滲碳層的組織應(yīng)為細(xì)針狀馬氏體加少量殘留奧氏體及均勻分布的粒狀碳化物,不允許有網(wǎng)狀碳化物存在, 殘留奧氏體量一般不超過15%—20%(體積分?jǐn)?shù))。 心部組織應(yīng)為低碳馬氏體或下貝氏體,不允許有塊狀或沿晶界析出的鐵素體存在;否則疲勞強度將急劇下降,沖擊韌度也會下降。

        (4)滲碳層深度:它對工件彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的影響很大,主要表現(xiàn)在滲層深度與工件斷面厚度之間的關(guān)系上,應(yīng)根據(jù)工件的尺寸、工作條件和鋼的化學(xué)成分決定。 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作的工件,如螺紋聯(lián)接釬桿要求滲碳層深度為0.8~1.8 mm。 滲碳層太薄,容易引起表面壓陷;滲層太厚,影響工件的抗沖擊能力。

        4 直讀光譜法

        4.1 試驗步驟

        (1)將待滲碳的材料(23CrNi3Mo)加工制備成要求嚴(yán)格的平面試樣。 本次試驗的R46 圓形中空鋼其化學(xué)成分見表1, 將其制成滲碳試樣(試樣長度100 mm)后隨爐滲碳。

        表1

        (2)試驗儀器

        國產(chǎn)東儀直讀光譜儀,型號DF-100E。

        (3)試樣(見圖1)經(jīng)過滲碳后,從表至里,每隔一定深度采用光譜盤式磨樣機(jī)上的砂輪片打磨(一定要磨平并達(dá)到規(guī)定的平面度和粗糙度)。

        圖1

        (4) 用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測量試樣打磨后的高度,作好記錄。

        (5) 用直讀光譜儀每測試三次取其平均值。在測試過程中,放電穩(wěn)定、分析時間短、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

        4.2 測試結(jié)果

        23CrNi3Mo 滲碳樣測試數(shù)據(jù)見表2, 碳濃度梯度曲線見圖2。 梯度曲線顯示,碳濃度梯度的下降平緩,表明碳濃度梯度正常。 這樣滲層與心部的結(jié)合就越牢固,疲勞抗力就越高。 此分析方法現(xiàn)已用于生產(chǎn),確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

        表2

        圖2

        5 結(jié)論

        (1)直讀光譜分層法測定螺紋釬桿表面滲碳層碳濃度梯度簡單、易行、可靠。

        (2)國產(chǎn)直讀光譜儀放電穩(wěn)定,數(shù)據(jù)可靠。

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