曲轴气体渗氮后表面硬度偏低的挽救措施

2013-08-28武汉职业技术学院轻工学院湖北荆州434000苏以人

金属加工(热加工) 2013年5期

武汉职业技术学院轻工学院（湖北荆州 434000）苏以人

空压机曲轴材料为38CrMoA1，技术要求：调质后硬度25～30HRC，渗氮后表面硬度≥68HRC，渗氮层深度0.45～0.6mm。热处理工艺如图1所示。生产中经常出现曲轴渗氮后表面硬度偏低，影响疲劳强度及耐磨性，按企业标准规定，这些曲轴为次品或废品，从而造成很大的经济损失。

图1 曲轴热处理工艺曲线

1.废品曲轴原因分析

对一批废品曲轴进行检查，基体金相组织良好，渗氮层深度0.46～0.49mm，表面硬度为58～60HRC。该批曲轴渗氮层已达到技术要求，但表面硬度偏低。根据检查结果认为存在两种情况：一是由于第二阶段渗氮时温度偏高，使形成的弥散氮化物集聚长大；二是由于氨进入量控制不当，使表面氮浓度偏低而不能形成足够的氮化物。

表面硬度主要决定于氮与铝、钼、铬等元素形成细小并弥散分布的氮化物，氮化物数量越多、越细小并弥散分布则表面硬度就越高。气体渗氮方法有：等温渗氮、两段渗氮、三段渗氮。无论哪种工艺原因造成的表面硬度偏低，均可根据三段渗氮原理，将这些曲轴视为已进行两段渗氮后的产品，再进行一次第三阶段渗氮，使表面氮化物数量增多，且细小弥散分布，以提高表面硬度。

2.挽救工艺制订

为了提高该批曲轴表面硬度，决定进行一次重复渗氮。在一定渗氮温度下随时间延长硬度会出现极值，但500℃或低于500℃渗氮时硬度不会明显下降，因此，选用500℃作为重复渗氮温度。38CrMoA1在500～520℃渗氮时可按10h渗层深度0.1mm估算，由于随渗氮时间增加，渗速要下降，因而选用15h作为重复渗氮时间。一般认为氨分解率15%～40%时，活性氮原子多，工件表面吸氮速度最快，因此选用18%～25%为重复渗时的氮分解率。为防止曲轴重复渗氮时变形，选用350℃×1h保温后缓慢升温，以减小曲轴内外温差。制订重复渗氮工艺如图2所示。