□ 蘇以人

武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕工學(xué)院 湖北荊州 434000

空壓機(jī)曲軸材料為38CrMoA1。技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)后硬度 25～30HRC，調(diào)質(zhì)工藝圖見圖 1（a），滲氮后表面硬度≥68HRC，滲氮層深度0.45～0.6 mm 2段滲氮工藝圖見圖1（b）。因種種原因，生產(chǎn)中不時(shí)出現(xiàn)曲軸滲氮后表面硬度偏低現(xiàn)象，影響疲勞強(qiáng)度及耐磨性。按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這些曲軸只能作為次品或廢品，從而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，為此急需尋求使次品或廢品曲軸完全達(dá)到技術(shù)要求的改進(jìn)措施。

圖1 曲軸熱處理工藝曲線

1 廢品曲軸原因分析

對(duì)一批廢品曲軸進(jìn)行檢查，基體金相組織良好，滲氮層深度0.46～0.49 mm，表面硬度為58～60HRC。該批曲軸滲氮層已達(dá)到技術(shù)要求，但表面硬度偏低。根據(jù)檢查結(jié)果可以認(rèn)為存在以下兩種情況：①由于第2階段滲氮時(shí)溫度偏高，使形成的彌散氮化物集聚長大；②由于氨進(jìn)入量控制不當(dāng)，使表面氮濃度偏低而不能形成足夠的氮化物。

表面硬度主要決定于氮、鋁、鉬、鉻等元素形成細(xì)小并彌散分布的氮化物，氮化物數(shù)量越多、越細(xì)小并彌散分布則表面硬度就越高。氣體滲氮方法有等溫滲氮，2段滲氮，3段滲氮。無論哪種工藝原因造成的表面硬度偏低，均可根據(jù)3段滲氮原理，將這些曲軸視為已進(jìn)行2段滲氮后的產(chǎn)品，再進(jìn)行一次第3階段滲氮，使表面氮化物數(shù)量增多，且細(xì)小彌散分布以提高表面硬度。

2 挽救工藝制定

為了提高該批曲軸表面硬度，決定進(jìn)行一次重復(fù)滲氮，下面對(duì)該工藝參數(shù)進(jìn)行分析。

（1）滲氮溫度不能過高，否則氮原子擴(kuò)散速度較快，滲氮層深度超過技術(shù)要求，同時(shí)氮化物易發(fā)生集聚長大，使表面吸氮不足，氮化物形成速度太低，不能形成足夠數(shù)量的氮化物，從而達(dá)不到提高表面硬度的目的。根據(jù)理論表明：在一定滲氮溫度下隨時(shí)間延長硬度會(huì)出現(xiàn)極值，但500℃或低于500℃滲氮時(shí)硬度不會(huì)明顯下降，因此，選用500℃作為重復(fù)滲氮溫度。

（2）滲氮時(shí)間，根據(jù)文獻(xiàn)介紹，500℃滲氮時(shí)，20h之內(nèi)隨時(shí)間增加氮化物析出量增多，硬度上升最高可達(dá)1180HV左右。因此，在該溫度下滲氮應(yīng)選用較長時(shí)間。但如果時(shí)間太長，又可能出現(xiàn)氮化層深度超過技術(shù)要求。據(jù)文獻(xiàn)介紹，38CrMoA1在500～520℃滲氮時(shí)可按10 h滲層深度0.1 mm估算，由于隨滲氮時(shí)間增加，滲速要下降，因而選用15h作為重復(fù)滲氮時(shí)間。

（3）氨分解率，一般認(rèn)為氨分解率15%～40%時(shí)，活性氮原子多，工件表面吸氮速度最快，因此選用18%～25%為重復(fù)滲氮分解率。

（4）階段升溫，為防止曲軸重復(fù)滲氮時(shí)變形，選用350℃×1h保溫后緩慢升溫，以減少工件內(nèi)外溫差。

綜合上述分析結(jié)果，制定重復(fù)滲氮工藝如圖2所示。

圖2 重復(fù)滲氮工藝

3 結(jié)論

按圖2重復(fù)滲氮工藝將該批曲軸處理后，表面硬度為69～71HRC，滲氮層深度為0.54～0.57 mm，脆性2～3級(jí)，金相組織符合要求。重復(fù)滲氮前，為防止工件表面有氧化膜或銹斑等，應(yīng)用金相砂紙輕輕打磨，再用汽油或酒精認(rèn)真清洗，否則會(huì)影響重復(fù)滲氮結(jié)果。該工藝經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，效果良好。