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1、 钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计 37 2020年5月29日 文档仅供参考 辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计(论文) 题目:38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计 院(系): 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称: 起止时间: 课程设计(论文)任务及评语 院(系):材料科学与工程学院 教研室:材料物理教研室 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计(论 文)题 目
2、 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计 课程设计(论文)要求与任务 一、课设要求 熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述相关零件的热处理工艺,进行零件的服役条件与失效形式分析,提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述38CrMoAlA渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础,选择设备、仪表和工夹具,阐述主动锥齿轮热处理质量检验项目、内容及要求;阐明主动锥齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法;给出所用参考文献。 二、课设任务 1.主动锥齿轮材料的选择(要求在满足工件使用性能的前提下,兼顾经济性和工艺性,合理选择材料); 2.给出38CrMoAlA的C曲线; 3.给出38
3、CrMoAlA压缩机活塞杆冷热加工工艺流程图; 4.制定38CrMoAlA压缩机活塞杆正火-调质-渗氮-回火热处理工艺。 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分:1)概述;2)工艺设计;3)热处理工艺卡;4)参考文献。设计说明书结构见<工艺设计模板>。 工作计划 集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论1.5天,设计7天:1)概述0.5天,2)服役条件与性能要求0.5天,3)失效形式、材料的选择0.5天,4)结构形状与热处理工艺性0.5天,5)冷热加工工序安排0.5天,6)工艺流程图0.5天,7)热处理工艺设计2天,8)工艺的理论基础、原则0.5天,9)设计工夹具0.5天,10)可能
4、出现的问题分析及防止措施0.5天,11)热处理质量分析0.5天,设计验收1天。 指导教师评语及成绩 成绩: 指导教师签字: 年 月 日 目 录 1 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺概述 1 2 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的热处理工艺设计 2 2.1 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的服役条件、失效形式 2 2.2 38CrMoAlA钢
5、压缩机活塞杆零件技术要求及零件示意图 2 2.3压缩机活塞杆零件的材料选择 3 2.4压缩机活塞杆零件38CrMoAlA钢的C曲线 4 2.5压缩机活塞杆零件的加工工艺流程图 5 2.6 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的正火-调质-氮化-回火热处理工艺 6 2.7 38CrMoAlA 钢压缩机活塞杆正火、调质、氮化、回火热处理理论 10 2.8 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆热处理的设备、仪表和工夹具选择 15 2.9 压缩机活塞杆零件的热处理质量检验项目、内容及要求 18 2.10 压缩机活塞杆零件的热处理常见缺陷的预防及补救方法 19 3 热处理工艺卡 21 3
6、1 38CrMoAlA钢正火工艺卡 21 3.2 38CrMoAlA钢调质工艺卡 22 3.3 38CrMoAlA钢渗氮工艺卡 23 3.4 38CrMoAlA钢回火工艺卡 24 4 参考文献 25 1 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺概述 活塞杆是支持活塞做功的连接部件,大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中,是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。由于柱塞跳动过大、长时间的柱塞运动与填料之间的频繁摩擦、往复运动的交变应力等导致活塞杆的失效形式有断裂、磨损和疲劳。 活塞杆常见材料为35、45、38Cr等钢材,粗加工后要调质处理,硬度可达230~285HBS,但
7、耐磨性差,需进行高频淬火,必要时还需表面镀鉻,并对镀鉻层进行抛光,存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。经过对经典38CrMoAlA钢热处理工艺的分析,更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间,保温时间,冷却方式,其目的就是经过正确的热处理工艺,使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。 根据压缩机活塞杆的工作条件,失效形式及性能要求,本设计选择的压缩机活塞杆材料为38CrMoAlA钢;在设计正火-调质-氮化-回火加高温回火热处理工艺中,本设计借鉴了<热处理工程师手册>,<钢的热处理>等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程,使热处理的38CrMo
8、AlA钢满足热作模具钢的质量要求。经过对经典38CrMoAlA钢热处理工艺的分析,更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间,保温时间,冷却方式,其目的就是经过正确的热处理工艺,使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。 2 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的热处理工艺设计 2.1 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆的服役条件、失效形式 2.1.1 服役条件 活塞杆是支持活塞做功的连接部件,大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中,是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。由于柱塞跳动过大、长时间的柱塞运动与填料之间的频繁摩擦、往复运动的交变应力等导致活塞杆
9、的失效形式有断裂、磨损和疲劳。 2.1.2 失效形式 1)断裂 活塞杆断裂部位在活塞杆与十字头锁紧螺母旋合处的最末2~ 3 道螺纹的根部。该处螺纹系锻造成形后采用滚压加工, 螺纹直径为M95。活塞杆运行时间为2. 5 年。活塞杆在工作过程中主要承受交变的拉压载荷作用。 2)磨损 颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一,虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等,但也难免将尘埃、污物带入液压系统,引发活塞杆的磨损。 3)腐蚀 活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触,很易引发氧化,从而降低其使用寿命。 2.2 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆技术要求及零件示意图 2.2.1
10、 技术要求 1.具有高的接触疲劳极限; 2.具有高的抗弯强度; 3.具有高的耐磨性; 4.具有足够的冲击韧性; 5.具有高的传递精度和最小的工作响音 2.2.2 零件示意图 图1 压缩机活塞杆零件示意图 2.3 压缩机活塞杆的材料选择 活塞杆常见材料为35、45、38Cr等钢材,粗加工后要调质处理,硬度可达230~285HBS,但耐磨性差,需进行高频淬火,必要时还需表面镀鉻,并对镀鉻层进行抛光,存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。经处理后的38CrMoAlA钢材料,能够达到: 1、提高表面硬度和耐磨性,降低产生淬火裂纹的品质。表面
11、硬度值达到HRC50以上,表面层深达1.5毫米以上。传统高频淬火表面硬度值仅在HRC45左右,表面形成的是淬火马氏体组织,经过低温回火使用;若采用空冷淬火,硬化层金相组织存在15%左右的铁素体,因此硬度低;若加热到1000℃一1020℃采用喷液冷却,加热温度高存在隐形淬火裂纹危险或是直接产生裂纹;而压缩空气进行表面淬火,能够避免隐形淬火裂纹或是直接裂纹的产生,而且能够把硬度提高到HRC50以上;由于提高了表面的硬化层硬度,因此也提高了耐磨性15%以上。 2、采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺,38CrMoAlA钢并没有明显的韧性下降趋势,稳定化工艺采用空冷或炉冷,一个
12、重要的原因在于调质序时,本次采用960℃一980℃保温2~5小时淬火工艺,这一温度在2Cr13钢的亚温淬火区内,亚温淬火的一个明显特点即是提高各种钢的低温冲击韧性。亚温淬火后得到了少量游离铁素体+马氏体+弥散分布的极细小的残余奥氏体组织,P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内,而不能在原奥氏体晶界上析出,极细小的奥氏体使裂纹扩展变得困难,从而使2Cr13钢的冲击韧性没有明显降低,采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺,充分消除了加工应力等各种应力,因此在高频或中频淬火时能保证工件的畸变量。 3、对38CrMoAlA钢活塞杆采用亚温热处理技术后,工件韧性指标冲击功提
13、高10%以上;由于采用了亚温淬火,产生了少量细小针状铁素体,分布于残余奥氏体晶粒内,这样,P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内,在奥氏体晶粒内部的细小针状铁素体和针状奥氏体相间分布形成”晶粒边界效应”,减弱了有害的促进脆性的杂质元素在原奥氏体晶界的分布,从而减低了脆性倾向,亚温淬火的温度较常规淬火温度低很多,这样就抑制了晶粒的长大,淬火后不能形成粗大的残余奥氏体晶粒,增加了晶界的表面积,界面能也就有了很大的提高,而且单位面积内的杂质含量也就自然降低;在脆断时,就需要很高的能量,脆性表现也就不明显。 表1 38CrMoAlA钢的化学成分(GB/T 1299— )W/% C
14、Si Mn Cr S P 0.35～0.42 0.20～0.45 0.30～0.60 1.35～1.65 ≤0.035 ≤0.035 2.4 压缩机活塞杆38CrMoAlA钢的C曲线 经过查找<热处理手册>获得38CrMoAlA钢的C曲线如下图2,成分如下。 图2 38CrMoAlA钢C曲线 最上面一条水平虚线表示钢的临界点A1(727℃),即奥氏体与珠光体的平衡温度。图１中下方的一条水平线Ｍs(380℃)为马氏体转变开始温度,Ms以下还有一条水平线Mf(-50℃)为马氏体转变终了温度。A1与As之间有两条C曲线,左侧一条为过冷奥氏体转变开始线,右侧一条为
15、过冷奥氏体转变终了线。A1线以上是奥氏体稳定区,38CrMoAlA钢中由于合金元素的存在,使得38CrMoAlA钢的Ac1为760℃。 2.5 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆的加工工艺流程图 备料 锻造 正火 精机械加工 调质处理 粗机械加工 氮化 粗磨削加工 低温回火 精磨削加工 2.6 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆的正火-调质处理-渗氮-低温回火热处理工艺 时间/h 2～4h 850～870℃ 1h 560℃ 空冷 油冷 ≤150℃ 0.5h 240～280℃ 1～2h 空冷
16、 温度/℃ 图3 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆热处理工艺曲线 2.6.1 锻造工艺曲线 造渗氮活塞杆的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形,已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。活塞杆是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。查阅<热处理工艺规范数据手册>能够找出38CrMoAlA钢的锻造工的加热温度、始锻温度冷却方式,如下表2所示。[4] 项目 Ac1(Ar1) Ac3(Ar3) 加热温度/℃ 始锻温度 终锻温度 钢坯 760℃(675℃
17、)表2 38CrMoAlA钢的锻造工艺图表 885℃(470℃) 920~940℃ 1180℃ 900℃ 2.6.2预备热处理工序--正火工艺曲线 一般均安排在毛坯生产之后,切削加工之前,或粗加工之后,半精加工之前。正火的目的是为了细化晶粒、改进组织,提高切削加工性能,为最终热处理做好准备。正火工艺曲线如图3所示。 时间/h 温度/℃ 2～4h 850～870℃ 空冷 图4 正火工艺曲线 2.6.3 调质工艺曲线 调质是指钢件淬火及高温回火的热处理工艺。活塞杆受力复杂,在活塞力、惯性力等动载荷条件下工作,要求其基体为索氏体才适应,而调质处理所
18、获金相正是索氏体组织。一个成功的活塞杆,具有高的力学性能基体支撑其硬而耐磨的表面,是优等质量的最重要条件之一。因此,调质处理对活塞杆是必要的热处理工序。调质的目的有:获得索氏体组织满足工件表面硬化的准备;得到高的机械性能指标等。时间/min 温度/℃ 25min 60min 560℃ 850℃ 油冷 油冷 图5 调质工艺曲线 2.6.4 渗氮工艺曲线 在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺,称为渗氮。钢经渗氮后可获得高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度及高的耐蚀性,而且热处理变形极小。根据渗氮时的加热方式及渗氮机理的不同,有普通氮化及离子氮化两大类
19、普通氮化又可分为气体渗氮、液体氮化和固体氮化。[2]本工艺采用气体渗氮,即将钢件置于渗氮介质中加热并保温一段时间,使氮原子渗入工件表面的方法。 时间/h 温度/℃ 8h ≤150℃ 氨分 解率 18～25％ 16～20h 氨分 解率 30～25％ 16～20h 540～550℃ 510～520℃ ≤250℃ 图6 渗氮工艺曲线 2.6.5最终热处理工序—低温回火工艺曲线 零件经最终热处理后硬度较高,除磨削外不宜再进行其它切削加工,因此工序位置一般安排在半精加工后,磨削加工前。经淬火后表面获得高硬度、高的耐磨性。 温度/℃ 时间/h
20、830～850℃ 0.3～0.5h 1～2h 240～280℃ 180℃ 空冷 油冷 图7 低温回火工艺曲线 2.7 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆的正火、渗氮、高、中频淬火、回火热处理工艺理论 2.7.1 正火工艺原理 1．正火加热温度 一般对于亚共析钢正火的加热温度一般为Ac3以上30～50℃,而对于低碳合金钢的正火温度正火温度一般为Ac3以上50～100℃,保温一定时间后取出喷雾冷却这种冷却方式称为高温正火。由铁碳合金相图如图7可知42CrMoE的加热温度范围为850～870℃。加热温度过低先共析铁素体未能全部溶解而达不到细化晶粒的作用,加热温度过高会造成晶粒
21、粗化恶化钢的力学性能。本设计将采用一种工业上常见方法普通正火即42CrMoE普通正火采用加热到850～870℃,保温一定温度(2～4h),最后出炉空冷。锻坯经过普通正火后,不但细化晶粒,提高了材料的硬度,而且改进了材料的组织和性能,减小了活塞杆在渗氮淬火后的淬火变形。良好的应用效果使普通正火得到越来越广泛的应用。 图8 F-C合金相图 2．正火加热保温时间 保温时间,这个问题比较复杂,一般由试验确定,但也有个经验公式:t = αKD t—保温时间(min) α—加热系数(min/mm) K—工件加热是的修正系数 D—工件的有效厚度(mm) 工件有效厚度的计算原则是
22、薄板工件的厚度即为其有效厚度;长的圆棒料直径为其有效厚度;正方体工件的边长为其有效厚度;长方体工件的高和宽小者为其有效厚度;带锥度的圆柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L为工件的长度)处的直径;带有通孔的工件,其壁厚为有效厚度。 一般情况下,碳钢能够按工件有效厚度每25毫米为一小时来计算,合金钢能够按工件的有效厚度每20毫米一小时来计算保温时间,加热时间应为2～4小时左右。 3．正火的目的 正火的主要目的是消除锻造缺陷,消除活塞杆内部过大的应力,改进材料的切削性,并为渗氮淬火做好组织准备。 将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度,保温一定时间,然后缓慢冷却 2.7.2 渗氮
23、工艺原理 1．38CrMoAlA钢压缩机活塞杆渗氮工艺 钢铁材料的渗氮过程和渗碳等其它化学热处理一样,包括气氛的形成、吸附、分解、吸收和扩散五个基本过程。或者说包括渗剂中的反应、渗剂中的扩散、相界面反应、被渗元素在钢铁中的扩散及扩散过程中氮化物的形成。工件渗氮后,具有极高的表面硬度和耐磨性,高的疲劳强度和高的耐蚀性,同时还具有抗咬合、抗擦伤的能力。由于渗氮具有温度低、工件畸变小的特点,在机械行业中得到广泛的应用。 (1)渗氮剂的选择 渗剂中的反应主要指渗剂分解出活性氮原子的过程,该物质经过渗剂中的扩散,输送至钢表面,参与界面反映,在界面反应中产生的活性氮原子被钢表面吸收,继而向内部扩散
24、 使用最多的渗氮介质是氨气,在渗氮温度时,氨气是亚稳定的,它发生如下分解反应: 当活性氮原子遇到铁原子时则发生如下反应: Fe+[N]=Fe(N) 4Fe+[N]=Fe4N (2～3)Fe+[N]=Fe(2～3)N 2Fe+[N]=Fe2N 氨气中分解出的部分活性氮原子[N]被工件表面吸收,剩余的很快结合成分子态的N2,和H2等一起从废气中排出。 (2)气体渗氮工艺过程 渗氮过程能够概括为以下几个基本过程:向炉内不断的输入氨气;氨分子向金属表面迁移;氨分子被吸附在金属表面;氨分子在相界面上不断分解,形成氮原子和氢原子;活性原子复合成分子,经相界面反应的扩散层界,不断从炉
25、内排出;表面吸附的氮原子溶解于α—Fe中;氨原子由金属表面向内部扩散,并产生相应的浓度梯度;当超过在α—Fe中的溶解度后,在表层开始形成氮化物;氮化物沿金属表面的垂直方向和平行方向长大;表层依次形成γ相和ε相;氮化物层不断增厚;氮从氮化物层向金属内部扩散。 在氮化过程中还有氢的渗入,这将会导致氮化层脆性增加,可是氮化后缓冷时大部分氢能够逸出,因而影响不大。 (3)渗氮工艺参数 ① 渗氮温度 渗氮后的表面硬度主要取决于氮化物的弥散度。氮化物的弥散度越大,硬度越高,500℃以下,氮化物的聚集不明显,温度对氮化物弥散度的影响较小,硬度变化不大。超过580℃,氮化物迅速聚集长大,表面硬度显著降
26、低。 随着渗氮温度的提高,氮原子的扩散速度显著增大,渗氮层增厚。可是渗氮件的畸变量也随着温度的升高而增大。确定渗氮温度时,应综合考虑温度对渗氮层深度、表面硬度与畸变量的影响,常在480～560℃范围内选择。形状复杂、表面硬度要求较高的精密零件选下限。 ② 渗氮时间与渗层深度 温度一定时,渗氮层的深度取决于渗氮保温时间。由图8可知,随着渗氮时间的延长,渗氮层深度的增长速度逐渐减慢。过分延长渗氮时间,不但对渗层的加厚无益,而且会使表面硬度因氮化物的聚集而有所降低。经验表明,42CrMoE渗氮钢在正常渗氮温度(510～560℃)下,当渗氮层深度在0.4mm以内时,平均渗氮速度为0.015～0.
27、02mm/h;渗氮深度在0.4～0.7mm之间时,平均渗氮速度为0.005～0.015mm/h;渗层愈深,渗速愈慢。 图9 38CrMoAlA钢渗氮层硬度及深度与温度及时间的关系 2．渗碳的目的 渗碳的目的使38CrMoAlA钢的表面硬度提高,增加耐磨性,渗氮温度低,工件变形小,精度高,能够提高耐蚀性及疲劳强度等。 2.7.3 38CrMoAlA钢渗氮后高、中频淬火工艺原理 感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理,在工件表面产生涡流使工件表面快速加热而实现表面淬火的工艺方法。根据感应加热设备产生的频率的高低,可分为高频(200～300KHz)、中频(1～10KHz)及工频(50
28、Hz)三类。本设计采用高频或中频淬火。它于普通淬火相比,具有加热速度快,热效率高;工件因不是整体加热,变形小;表面硬度高,冲击韧性、疲劳强度及耐磨性均有很大提高;设备紧凑,操作简单,劳动条件好等优点。 1．淬火原理 高频、中频感应加热,是将工频(50Hz)交流电转换成频率一般为1KHz至上百HKz,甚至频率更高的交流电。利用电磁感应原理,经过电感线圈转换成相同频率的磁场后,作用于处在该磁场中的金属物体上。利用涡流效应,在金属物体中生成与磁场强度成正比的感生旋转电流(涡流)。由旋转电流借助金属物体内的电阻,将其转换成热能。同时还有磁滞效应、趋肤效应、边缘效应等,也能生成一定的热量,它们共同使
29、金属物体的温度急剧升高,实现快速加热的目的。 2．淬火冷却方式选择 活塞杆的渗层深度0.4～0.7mm左右,由查的<热处理手册第一卷>得到的38CrMoAlA钢钢临界淬透性曲线和半马氏体硬度与钢的含碳量关系曲线可知38CrMoAlA钢活塞杆用油淬火可满足使用要求。 图10 38CrMoAlA钢淬透性曲线 图11 半马氏体硬度与钢的含碳量关系曲线 2.7.4 回火工艺原理 1．回火温度确定原则 38CrMoAlA钢往复式压缩机活塞杆要有较高的力学性能,在渗氮、高频或中
30、频淬火加低温回火后,表面硬度需要达HRC55以上。由不同钢含碳量的硬度与回火温度关系曲线图11 可知其在240～280℃回火可满足使用要求。[3] 图12 不同含碳量钢硬度与回火温度关系曲线 2．回火温度时间确定原则 回火时间从工件入炉后炉温升至回火温度时间开始计算回火时间一般为1～3h,可参考经验公式加以确定:tn=Kn+AnD 式中tn-回火时间(min); Kn-回火时间基数; An -回火系数; D-工件有效厚度(mm),当回火温度低于300℃时,Kn为120min和An为1由此工件回火时间为2～3h。 3．回火的目的 38CrMoAlA钢经渗氮、高频或中频淬火
31、和低温回火后获得显微组织表面为马氏体、未溶铁素体,心部组织为马氏体和贝氏体,或马氏体加贝氏体加屈氏体和少量铁素体的混合组织。回火后不但消除了内应力,提高了工件韧性而且稳定了工件尺寸,保证了高硬度和高耐磨性。 2.8 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆热处理的设备、仪表和工夹具选择 2.8.1设备 1．正火设备 它是利用金属电阻丝或硅碳棒作为电阻发热元件,加热介质为空气,炉内设有耐火砖和绝热填料实现与外部的隔热,炉内温度由探针式热电偶进行测量。[4] 图13 箱式电阻炉 2．渗氮设备 氨气由液氨瓶经过流量计、干燥箱进入渗氮罐,罐子要求密封,罐内温度及气流应尽可能均匀。氨气
32、进气管和废气排气管应合理布置,使罐内各处都接触氨气。废气排气管的截面积应为进气管的1.2～1.5倍,排气管应高于零件装炉的高度。由于氨对铜有腐蚀作用,为此渗氮装置中凡接触氨的构件、管道、阀门等不能用铜制作。冒泡瓶的作用是在渗氮结束后缓冷时,为了保持炉内正压、防止空气进入而发生氧化改变工件表面颜色,将有少量氨气进入,废气进入冒泡瓶有气泡产生,经过观察是否有气泡,可断定炉内是否为正压。 图14 渗氮装置示意图 1.液氨瓶 2.氨气压力表 3.进气管 4.氨气流量计 5.干燥箱 6.控制仪表 7.进气管 8.加热电炉 9.工件 10.
33、压力计 11.排气管 12.分解率测定仪 13.冒泡瓶 3．中频淬火设备 中频感应加热淬火设备组成如图14所示,由图可知,发电机式中频感应加热淬火设备就是由中频发电机供电的由淬火变压器与补偿电容并联组成的L-C振荡器。由于淬火变压器的一次绕组、二次绕组、感应器及被加工的工件都是既有电感L,又有电阻R,因此变压器支路又相当于L-R串联电路。 图15 发电机式中频感应加热淬火设备组成示意图 1.感应器及淬火零件 2.中频淬火变压器 3.补偿电容器 4.电流互感器 5.输电线路 6.中频淬火变压器 7.电压互感器 8.激磁电流表 9.中频发电机 10.中频
34、电表 4．回火设备 RJ-25-6低温井式电阻炉: 额定电压25KW,额定电压380V,额定温度650℃。 2.8.2仪表 1．温度检测表 热电偶:镍铬—镍硅(镍铝),温度范围40-1200℃。 2．温度显示与调节仪表 TA系列电子调节器,主要适用于一般单参数自动调节,可直接反映出动态与静态的实际炉温与给定值的差值,借以表明每一时刻实际炉温的准确数值。它能自动调节电加热功率和管道阀门开关,并能自动报警。[5] 3．数字式温度显示仪表: 面板是数字温度仪表:RY2312,测量范围:0-1300℃。 4．压力测量仪表 热处理设备工测量压力表主要测量煤气压力燃烧油压力。 2.
35、8.3工夹具 零件在热处理过程中,根据零件的外形、尺寸及批量和所选用的加热炉型号,需要多种吊具和工夹具以保证零件的加热均匀,不致于变形,保证操作安全。 1．夹具 圆锥台的大端有用于螺栓连接的法兰盘,在圆锥台锥面中间圆周上均布若干轴线垂直于锥面的通孔,通孔内有一台阶孔。 2．横吊梁 3．压板 4．定位销 头部是球体,中间是轴,尾部加工一个台阶,台阶的顶部是球面。 5．弹簧 套在定位销上并一起安装在夹具体锥面上的通孔内。 6．淬火架 2.9 钢压缩机活塞杆的热处理质量检验项目、内容及要求 1)外观形检查 检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤,表面不得有锈蚀。
36、2)工件变形检查 根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。 3)渗层深度检查 在渗氮淬火后进行有检查方法: 宏观测量:打断试样,研磨抛光,用硝酸酒精溶液侵蚀直至显示出深灰色的渗氮层,用带有刻度尺的放大镜测量。 显微测镜量:渗氮后缓冷试样,磨制成显微试样。根据有关标准规定的显微组织处,例如测至过渡区作为渗氮层深度等。42CrMoE渗氮后渗层深度应在0.4～0.7mm。 4)硬度检查 淬火处理的零件,一般用洛氏硬度HRC测量。检查硬度时应正确操作硬度计。被检验零件表面必须平滑,不能有氧化皮或油污。检验前零件可用砂纸或锉刀磨光。[6]42CrMoE 钢在渗氮,淬火、
37、低温回火后,表面硬度应达到HRC55以上。 5)金相组织检查 按技术要求及标准行检查渗层碳化物的形态及分布,残留奥氏体数量,有无反常组织,心部组织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等,一般在显微镜下放大400倍观察。 2.10 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的热处理常见缺陷的预防及补救方法 2.10.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 1．欠热缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 钢在加热时,由于加热温度过低火加热时间过短,造成未充分奥氏体化而引起的组织缺陷。防止欠热主要措施是严格控制加热温度和加热时间。 2)返方法修 可经过重新正火来补救。 2．过热缺陷及其预防
38、补救 1)形成原因及防止措施 钢加热时,由于加热温度过高或加热时间过长,引起奥氏体晶粒粗大而产生的组织缺陷。防止过热主要措施是严格控制加热温度和加热时间。 2)返修方法 可经过重新正火来补救。 3．过烧缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 钢加热时,由于加热温度过高,造成晶界氧化或局部熔化的组织缺陷。防止过烧主要措施是严格控制加热温度和加热时间。 2)返修方法 工件过烧无法挽救只能报废。 2.10.2渗氮时常见的缺陷的预防及补救方法 1．渗氮层出现网状或波纹状氮化物或针状鱼骨状氮化物缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 炉温过高,氨含水高;材质晶粒粗大脱
39、碳层未切除;工件有棱边锐角。防治措施有严控渗氮温度;避免棱边和锐角等。 2) 返修方法 对氨进行脱水,更换干燥剂 控制调质加热温度和保温时间。 2．渗氮后零件畸变缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 渗氮件比容增大,体积涨大;炉内温度不均匀;加热或冷却速度太快;零件形状复杂或结构不合理。防治措施有合理控制加工余量;使炉温均匀,控制加热或冷却速度,阶梯升温等。 2) 返修方法 精度要求低的件,能够低于渗氮温度热矫直,矫后低温回火12h去应力。 3． 渗层深度浅缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 温度低,保温时间不足;基体未经调质处理;新炉灌夹具未预渗或
40、使用时间太久。防治措施:严格工艺纪律,按规定的温度、时间生产。 2) 返修方法 补渗。 4． 表面出现氧化色缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 渗氮罐漏气、退氮处理或降温时炉内压力低,使冷空气进入;出炉温度过高;干燥剂失效。防治措施有常查炉体密封情况,消除管道积水;定期烘烤干燥剂或更换等。 2) 返修方法 能够用低压喷砂消除;通氮炉冷至200℃以下出炉。 5．表面硬度低缺陷及其预防、补救 1)形成原因及防止措施 升温速度快,渗氮灌内温差大;装炉量太多,炉气循环不好;零件表面不清洁,有氧化皮等造成表面硬度低。防治措施有:经常校对测温仪表;根据工艺试验确定各个阶段的氨分
41、解率,确定各阶段保温时间等。 2) 返修方法 含氮量低可补渗;不能长时间超温、超分解率或中断供氨。 3 热处理工艺卡 3.1 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆正火工艺卡 热处理工艺卡 零件名称 活塞杆 材料 38CrMoAlA 时间/h 温度/℃ 2～4h 850～870℃ 空冷 热处理类型 正火 热处理硬度 HRC50 工艺设计 李海洋 加热温度℃ 850℃ 加热速度℃/h 审 核 保温时间 2h 冷却速度℃/h 日 期 3.2 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆调质工艺卡 热处理工
42、艺卡 零件名称 活塞杆 材料 38CrMoAlA 时间/min 温度/℃ 25min 60min 560℃ 850℃ 油冷 油冷 热处理类型 淬火+高温回火 热处理硬度 HRC50 工艺设计 李海洋 加热温度℃ 850℃ 加热速度℃/h 审 核 保温时间 25min 冷却速度℃/h 日 期 3.3 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆渗氮工艺卡 热处理工艺卡 零件名称 活塞杆 材料 38CrMoAlA 时间/h 温度/℃ 8h ≤150℃ 氨分 解率 18～25％ 16～
43、20h 氨分 解率 30～25％ 16～20h 540～550℃ 510～520℃ ≤250℃ 热处理类型 渗碳 热处理硬度 工艺设计 李海洋 加热温度℃ 530℃ 加热速度℃/h 审 核 保温时间 16h 冷却速度℃/h 日 期 3.4 38CrMoAlA钢压缩机活塞杆回火工艺卡 热处理工艺卡 零件名称 活塞杆 材料 38CrMoAlA 温度/℃ 时间/h 830～850℃ 0.3～0.5h 1～2h 240～280℃ 180℃ 空冷 油冷 热处理类型 回火
44、 热处理硬度 工艺设计 李海洋 加热温度℃ 240℃ 加热速度℃/h 审 核 保温时间 1h 冷却速度℃/h 日 期 4 参考文献 [1] 王广生. 热处理手册.第4版.第2卷. 北京: 机械工业出版社, , 1. [2] 张玉庭. 热处理技师手册. 北京: 机械工业出版社, . [3] 樊东黎. 热处理工程师手册. 北京: 机械工业出版社, 1996, 6. [4] 安继儒. 热处理工艺规范数据手册. 北京: 化学工业出版社, , 1. [5] 李泉华. 热处理技术400问解析. 北京: 机械工业出版社, 2, 1. [6] 樊东黎. 热处理技术数据手册.第2版. 北京: 机械工业出版社, , 4. [7] 张玉庭. 简明热处理技工手册. 北京: 机械工业出版社, 1998, 9.
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