一种金属零件表面硬化方法与流程

本发明涉及零件表面硬化
技术领域：
，尤其涉及一种金属零件表面硬化方法。
背景技术：
：发动机是动力机车的心脏。由于高速运转摩擦磨损最为常见，因此导致机动车动力下降和寿命的降低是非常普遍的现象。活塞、活塞环与缸套之间和凸轮轴与气门顶端的挺柱体之间的摩擦副是发动机的主要动力产生部件中的关键摩擦副，而齿轮和轴承和他们相对应的摩擦副则是关键传动部件中的摩擦损耗。发动机结构复杂，由于摩擦导致的修复修理工作更为耗时。现有的凸轮轴表面硬化工艺存在以下问题：1、硬度还不是特别高从而摩擦磨损严重；2、高温表面或者整体热处理影响组织结构与性能；3、表面硬化层深度和结构不一致；4、高温涂层存在界面结合缺陷；5、摩擦副的匹配需要进一步优化。因此，如何提供一种金属零件表面硬化方法，以提高硬化强度，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属零件表面硬化方法，以提高硬化强度。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属零件表面硬化方法，包括：步骤1)在金属零件的表面涂覆渗硼剂；步骤2)将所述金属零件在室温下放置多个小时，然后放在烘箱中干燥；步骤3)使用半导体变流装置对所述金属零件进行感应渗硼，包括，步骤31)预热阶段，在300-500℃预热1-5分钟；步骤32)渗硼阶段，800℃-950℃温度下2-10分钟；步骤33)共晶化阶段，1050℃-1200℃温度下2-15秒；步骤4)将所述金属零件放置到预定300-500℃的炉子里随炉冷却；步骤5)将所述金属零件去除残余的渗硼剂。优选的，上述渗硼剂包括供硼剂、活化剂、粘接剂和填充剂。优选的，上述步骤1)中涂覆渗硼剂的厚度为1-8mm。优选的，上述步骤2)具体为将所述金属零件在室温下放置6-10个小时，放在所述烘箱中干燥1-3个小时，所述烘箱的温度为80℃-150℃。优选的，上述步骤3)具体为所述半导体变流装置的频率为15kHz-25kHz，额定功率为10-40kW。优选的，上述步骤5)还包括去除残余的渗硼剂后，清洗，表面抛光。优选的，上述渗硼剂中添加有稀土元素，其重量比例为0.5-15％。优选的，上述步骤32)中的渗硼阶段采用间歇交变式。优选的，上述金属零件为凸轮轴。优选的，上述步骤1)中在涂覆所述渗硼剂之前，还包括将所述金属零件铣磨抛加工到最终尺寸，然后超声清洗。本发明提供的金属零件表面硬化方法，包括：步骤1)在金属零件的表面涂覆渗硼剂；步骤2)将所述金属零件在室温下放置多个小时，然后放在烘箱中干燥；步骤3)使用半导体变流装置对所述金属零件进行感应渗硼，包括，步骤31)预热阶段，在300-500℃预热1-5分钟；步骤32)渗硼阶段，800℃-950℃温度下2-10分钟；步骤33)共晶化阶段，1050℃-1200℃温度下2-15秒；步骤4)将所述金属零件放置到预定300-500℃的炉子里随炉冷却；步骤5)将所述金属零件去除残余的渗硼剂。本发明提供的金属零件表面硬化方法，能够提高硬化强度，采用表面感应加热渗硼工艺来生成表面超硬层从而达到耐磨减磨的功效。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的金属零件表面硬化方法的流程示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参考图1，图1为本发明实施例提供的金属零件表面硬化方法的流程示意图。本发明实施例提供的金属零件表面硬化方法，包括：步骤1)在金属零件的表面涂覆渗硼剂；步骤2)将金属零件在室温下放置多个小时，然后放在烘箱中干燥；步骤3)使用半导体变流装置对金属零件进行感应渗硼，包括，步骤31)预热阶段，在300-500℃预热1-5分钟；步骤32)渗硼阶段，800℃-950℃温度下2-10分钟；步骤33)共晶化阶段，1050℃-1200℃温度下2-15秒；步骤4)将金属零件放置到预定300-500℃的炉子里随炉冷却；步骤5)将金属零件去除残余的渗硼剂。本发明实施例提供的种金属零件表面硬化方法，能够提高硬化强度，采用表面感应加热渗硼工艺来生成表面超硬层从而达到耐磨减磨的功效。为了进一步优化上述方案，渗硼剂包括供硼剂、活化剂、粘接剂和填充剂。步骤1)中涂覆渗硼剂的厚度为1-8mm，优选的，厚度为2-8mm。为了进一步优化上述方案，步骤2)具体为将金属零件在室温下放置6-10个小时，放在烘箱中干燥1-3个小时，烘箱的温度为80℃-150℃。为了进一步优化上述方案，步骤3)具体为半导体变流装置的频率为15kHz-25kHz，额定功率为10-40kW，优选的，额定功率为20-40kW。为了进一步优化上述方案，步骤5)还包括去除残余的渗硼剂后，清洗，表面抛光。为了进一步优化上述方案，渗硼剂中添加有稀土元素，其重量比例为0.5-15％。上述步骤32)中的渗硼阶段采用间歇交变式。金属零件为凸轮轴。其中，步骤1)中在涂覆渗硼剂之前，还包括将金属零件铣磨抛加工到最终尺寸，然后超声清洗。制备优良的抗摩擦材料从而提高发动机的使用寿命具有直接的经济意义。例如某一装备的发动机中，气环镀CrTiAlN与缸套激光淬火加渗硫摩擦副的抗磨损性能是原始处理工艺(缸套渗氮/活塞环镀Cr)的6倍。因此，使用不同的表面处理工艺对摩擦副的匹配至关重要。本发明集中在凸轮轴的表面处理工艺上，类似的原理可以用在其它高强度合金件上面。一般来说，由于凸轮轴需要经过传统的渗氮或者碳氮共渗，所以其材料一般是高强度低碳合金钢，例如45钢，16MnCr5,15Cr3,20CrMnTi等。近年来，市场上也出现了可锻铸铁(包括球墨、蠕墨和合金铸铁等)凸轮轴。可锻铸铁通过硬化和回火处理得到回火马氏体和小于10％的回火碳组织。经过合金钢和可锻铸铁的热处理以及表面处理，凸轮轴的表面有效硬度在50-62HRc之间。凸轮轴的激光表面处理可以得到梯度材料性质的表面，经过分析激光重熔后的凸轮轴表层由外而内分别是熔凝层、淬硬层和基体，表面硬度大于58HRc。除了表面处理之外，超硬涂层在发动机耐磨零部件中的使用来提高表面硬度减少磨损也是常用的方法，比如等离子体喷涂镍鉻/碳化鉻，碳化钨灯涂层。本发明集中在讨论凸轮轴的表面硬度的增强上。在凸轮轴的超硬薄膜涂层方面，物理气相沉积(PVD)是通常采用的方法。表1总结了这些薄膜涂层的物理和摩擦性能。表1PVD薄膜涂层的特性薄膜种类TiNCrNTiCNTiAlNWC/C硬度(HV)20001800300033001000摩擦系数0.40.50.40.350.1耐氧化温度(℃)550700400900300这些薄膜具有优良的物理和力学性能，但是由于界面的存在以及薄膜与基体物理性能的差异，其传热和应力释放都是阻碍广泛应用的原因之一。薄膜层的厚度限制极大地阻碍了这种工艺在汽车工业里的应用。在汽车摩擦材料中，虽然渗硼表面的硬度能够达到要求，但是整体工件加热使得工件芯部的性能受到影响，同时传统渗硼处理耗时长很不经济实用。此外，还有磷化处理等工艺，但是和渗硼工件相比，其表面硬度偏低(460-600HV)。本发明提供的金属零件表面硬化方法，采用高频表面感应加热渗硼工艺来在合金钢表面生成超硬层，其具体工艺过程如下：1)将凸轮轴铣磨抛加工到最终尺寸；2)超声清洗凸轮轴确保表面光洁无油污；3)使用市场通用GSB-1型或者自配的渗硼剂(均匀搅拌按比例混合的供硼剂：B4C、硼铁、B2O3等；活化剂：KBF4、Na3AlF6、CaF2和NaF等；粘接剂：30％松香酒精溶液、明胶和文具胶等；填充剂：木炭、SiC和Al2O3等)均匀涂覆在硬度需要的表面并保证厚度的一致性，厚度一般为2-8mm，优选方案为约3-4毫米；有些时候渗硼剂里需要添加稀土元素来改善渗硼效果；4)将涂有渗硼剂的凸轮轴在室温下放置6-10个小时，优选方案为8小时，然后放在烘箱里，温度设定为80℃-150℃，优选方案为80-120℃，干燥1-3个小时，优选方案为1.5小时；5)使用频率为15-25kHz，额定功率为40kW的半导体变流装置进行感应渗硼；感应渗硼分散三个步骤：A.预热阶段-在300-500℃预热1-5分钟，优选方案为450℃预热2分钟；B.渗硼阶段-800℃-950℃温度下2-10分钟，优选方案为850-950℃，3-10分钟；C.共晶化阶段-1050℃-1200℃温度下2-15秒，优选方案为1100-1200℃，4-8秒；6)感应渗硼后的凸轮轴立即转移到预定300-500℃，优选方案为450℃的炉子里随炉冷却；7)冷却后的凸轮轴经过去除残余渗硼膏剂层，清洗，表面经过轻度抛光，检查尺寸，然后验收。本发明提供的金属零件表面硬化方法，其重点为：1)凸轮轴等工件的高频感应渗硼工艺，包括：1、渗硼剂的组成中添加稀土元素，其重量比例是在0.5-15％；2、渗硼剂的涂覆厚度在2-8毫米之间；3、渗硼剂涂覆后的干燥工艺，室温6-10小时，和干燥箱80-150℃之间1-3个小时；4、感应渗硼的三个步骤：预热(300-500℃1-5分钟)；渗硼(800-950℃，2-10分钟)和共晶化(1050-1200℃，2-15秒)。其中，渗硼阶段的2-10分钟可以采用间歇交变式从而增加表面到芯部的温度梯度减少对芯部的组织性能的影响。2)稀土元素的添加对感应渗硼的影响：提高渗硼速率；增加渗硼厚度；和改善表面的硬度梯度分布(使得硬度降低趋于缓和)。3)本发明集中在凸轮轴的表面处理工艺上，类似的原理可以用在其它高强度合金件上面。其中，1、利用感应渗硼，凸轮轴材料20CrMnTi的表面显微硬度在1500-1900HV；渗硼层厚大于0.40毫米；2、使用经过稀土改善的渗硼剂，感应渗硼处理后的凸轮轴材料20CrMnTi，其表面显微硬度在1600-1900HV；渗硼层厚大于0.55毫米；对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3