一种活塞销用合金钢的处理工艺和激光淬火方法技术

一种活塞销用合金钢的处理工艺和激光淬火方法，包括如下步骤：S1预处理：工件采用低碳合金钢，对工件进行打磨处理，去除表面油、铁锈以及氧化层，然后用无水乙醇清洗，烘干备用；S2喷丸：采用湿喷法，以石英砂作为弹丸，对工件进行喷丸处理，然后清洗后烘干备用；S3氮碳共渗：将工件放入等离子共渗炉中完成共渗；S4激光淬火：对工件进行激光表面淬火处理。本发明专利技术所述的活塞销用合金钢的处理工艺和激光淬火方法，针对活塞销在高温条件下需要承受很大周期性冲击负荷的特性，通过喷丸、氮碳共渗、激光淬火相结合的处理工艺，大大提高了活塞销工件的刚度、强度和耐磨性，提高了活塞销的使用寿命。提高了活塞销的使用寿命。提高了活塞销的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种活塞销用合金钢的处理工艺和激光淬火方法


[0001]本专利技术属于合金处理
，具体涉及一种活塞销用合金钢的处理工艺，以及一种活塞销用合金钢的激光淬火方法。

技术介绍

[0002]活塞销是液压缸活塞的零件，是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。由于活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，以及活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此，润滑条件较差。为此，活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，活塞销的质量尽可能小，活塞销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。
[0003]活塞销一般采用合金钢制造，为了进一步提高其刚度、强度和耐磨性，人们对合金钢处理技术进行研究，形成了多种较成熟的工艺技术，有效提高了合金钢表面的耐磨性能和疲劳抗力。目前，应用的比较多的工艺技术有：1、化学热处理，因工艺、设备简单易行而被广泛应用，一般来说，化学热处理多在高温条件下长时间进行。利用渗剂中的组分在合金钢表面发生反应扩散，从而改变合金钢表面化学成分及相组成以提高合金钢表面性能。然而，对于化学热处理工艺，高温长时间的工艺条件易造成工件变形，组织粗化；2、激光表面处理，以其速度快，淬火应力及工件变形小，不需冷却介质以及无工业污染等优点而被广泛应用，通过激光表面淬火可以短时间内在工件表面获得较厚的改性层，但是无法获得与化学热处理改性层一致的高硬度及耐磨性。因此，国内外对激光与化学热处理复合工艺展开了大量的研究。
[0004]例如，中国专利申请号为CN202011331807.5公开了一种合金钢表面复合强化工艺，将靶材表面预处理；将表面处理后的靶材敷设吸收层和约束层，通过激光对靶材表面进行高能量短脉冲的激光冲击；将激光冲击后的靶材进行除污处理，将处理后的靶材装入热处理炉内进行碳氮共渗和低温回火处理，通过采用先激光冲击、再碳氮共渗的处理工艺，提高碳、氮原子的渗入浓度与深度，降低热处理工艺的保温温度，进而改善因温度过高而造成的变形和氧化现象。
[0005]中国专利申请号为CN201810917413.4公开了一种导热耐磨耐疲劳模具及其制造工艺，该模具包括：模芯基体、位于所述模芯基体表面且带有随形水路的冷却基体、位于所述冷却基体表面的导热耐磨耐疲劳层和涂覆于所述导热耐磨耐疲劳层表面的渗氮层，所述导热耐磨耐疲劳层采用合金粉末作为原料，通过喷粉式激光熔覆工艺形成。本专利技术在模具表面激光涂覆导热耐磨耐疲劳层，并进行离子渗氮，提高了模具的表面硬度，增加模具的耐磨性能。
[0006]本专利技术的研究目的是提供一种活塞销用合金钢的处理工艺，针对活塞销在高温条件下需要承受很大周期性冲击负荷的特性，通过喷丸强化与稀土元素提高共渗作用效果，先通过氮碳共渗工艺，生成表面相主要是γ
′
相及α
′
N 相、超细化并且无氮化物析出的高强度、耐磨性的渗层，然后激光淬火后在工件表面生成Fe3O
4 及残余奥氏体，进一步提高工件
表面的冲击韧性、耐磨性。此外，本专利技术还提供一种活塞销用合金钢的激光淬火方法，对工件进行激光淬火、检测，保障工件淬火强化效果。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种活塞销用合金钢的处理工艺和激光淬火方法，针对活塞销在高温条件下需要承受很大周期性冲击负荷的特性，通过喷丸、氮碳共渗、激光淬火相结合的处理工艺，大大提高了活塞销工件的刚度、强度和耐磨性，提高了活塞销的使用寿命，具有很大的应用价值，前景广泛。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种活塞销用合金钢的处理工艺，包括如下步骤：S1预处理：工件采用低碳合金钢，对工件进行打磨处理，去除表面油、铁锈以及氧化层，然后用无水乙醇清洗，烘干备用；S2喷丸：采用湿喷法，以石英砂作为弹丸，对工件进行喷丸处理，然后清洗后烘干备用；S3氮碳共渗：将工件放入等离子共渗炉中完成共渗，在400
‑
600℃温度条件下共渗4
‑
16h，共渗气氛为 N
2 和H2混合气体，以吊挂固态稀土的方式引入稀土元素，以添加乙醇的方式引入 C 元素，渗氮过程中用 Ar 气体轰击以提高稀土元素溅射沉积量；S4激光淬火：对工件进行激光表面淬火处理。
[0009]本专利技术所述的活塞销用合金钢的处理工艺，针对活塞销在高温条件下需要承受很大周期性冲击负荷的特性，通过喷丸、氮碳共渗、激光淬火相结合的处理工艺，大大提高了活塞销工件的刚度、强度和耐磨性，提高了活塞销的使用寿命，具有很大的应用价值，前景广泛。
[0010]本专利技术先去除工件表面油、铁锈以及氧化层等，露出新鲜的金属表面，然后采用直径较小的石英砂作为弹丸，对工件进行喷丸，喷丸后工件由最初的光亮色变为亚光色，表面无明显弹痕，用手触摸不存在明显粗糙感，在喷丸外加载荷的作用下，工件发生强烈的塑形变形而逐渐细化，增加晶界面积，提高位错密度，同时在表面形成残余压应力，有利于后续氮碳共渗的扩散速率，缩短氮碳共渗时问，降低氮碳共渗温度，以及诱导相变转化。
[0011]化学热处理是提高合金钢耐磨性能与疲劳抗力的有效措施，例如渗氮、渗碳及氮碳共渗等等。本专利技术采用氮碳共渗在工件上形成渗层，实验数据表明，渗层的厚度及亚表层的硬度决定承载能力及抗疲劳能力，渗层的组织结构决定了耐磨性能与抗疲劳性能。
[0012]渗层的组织结构中，具有hcp结构的ε相硬度较高，抗粘着磨损能力强，但脆性较大；具有fcc结构的γ
′
相的硬度略有降低，但韧性较好。其中，硬度与杨氏模量的比值(H/E)比用单一硬度作为标准更能精确地描述材料的耐磨性能。 H/E 比值越高，往往磨损率越低。而 H3/E
2 比值越高，则材料抗塑性变形的能力越强。γ
′
相具有比ε相更高的 H/E 及H3/E2比值，这是因为γ
′
相较好的韧性，特别是在干摩擦条件下，γ
′
相的耐磨性高于ε相。此外，膨胀马氏体(α
′
N 相)同样具有优异的耐磨性能。
[0013]基于活塞销的应用要求，其硬度至少要达到250HV 以上，渗层组织要超细化，并且无氮化物析出。
[0014]因此，本专利技术通过对氮碳共渗的工艺进行优化，介质中提供的C、N元素可以形成碳
氮共渗，将温度控制在400
‑
600℃，该低温区间碳氮共渗形成的渗层表面相主要是γ
′
相及α
′
N 相，并且抑制了表面ε相的生成，避免了现有技术中采用高温渗氮导致的渗层组织粗化、脉状组织的生成以及由于过度回火导致的心部硬度降低等现象。通过 Ar 气体轰击将稀土元素溅射沉积于工件表面，与乙醇以及背底真空中的O在工件表面会反应生成高氧化性物质，在氮碳共渗过程中促进工件表面致密氮化物层的分解。此外，稀土元素在碳氮共渗过程中对活化气相、吸附和扩散过程都有促进作用，特别是与喷丸强化的复合作用可以为共渗元素渗入工件提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1预处理：工件采用低碳合金钢，对工件进行打磨处理，去除表面油、铁锈以及氧化层，然后用无水乙醇清洗，烘干备用；S2喷丸：采用湿喷法，以石英砂作为弹丸，对工件进行喷丸处理，然后清洗后烘干备用；S3氮碳共渗：将工件放入等离子共渗炉中完成共渗，在400
‑
600℃温度条件下共渗4
‑
16h，共渗气氛为 N
2 和H2混合气体，以吊挂固态稀土的方式引入稀土元素，以添加乙醇的方式引入 C 元素，渗氮过程中用 Ar 气体轰击以提高稀土元素溅射沉积量；S4激光淬火：对工件进行激光表面淬火处理。2.根据权利要求1所述的活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，所述S2喷丸，具体包括如下步骤：以石英砂作为弹丸，向石英砂里加入液体硝酸钠一起喷射，喷射时间为0.5
‑
1.0h，喷丸结束后，依次采用水洗、超声波丙酮洗，去除工件表面的污渍，烘干备用。3.根据权利要求2所述的活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，所述石英砂采用粒径范围在1.0
‑
2.0mm的4#精白或者5#精白，喷射采用0.5
‑
1.5MPa喷丸压力、喷射角度30
‑
70
°
，喷距100
‑
200mm。4.根据权利要求1所述的活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，所述S3氮碳共渗中，所述N
2 和H2混合气体的体积流量分别为0.1
‑
0.5L/min和0.1
‑
0.5L/min，所述Ar的体积流量为0.1
‑
0.5 L/min。5.根据权利要求1所述的活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，所述稀土元素为La、Ce、Pr、Nd中的一种或者多种的组合；所述C元素的添加量为0.01
‑
0.06L/min。6.根据权利要求1所述的活塞销用合金钢的处理工艺，其特征在于，所述S4激光淬火中，激光器的激光功率1
‑
5kW，扫描速率500

【专利技术属性】
技术研发人员：霍元明，李云龙，
申请(专利权)人：苏州鑫旭合智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：