用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝，包括：排氣階段，將溫度加熱至900±10℃，將銷軸放入滲碳爐后室，通入流量為0.4m3/h的丙烷，流量為3.8L/h的甲醇，流量為4.2m3/h的氮?dú)猓辉诘谝活A(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將溫度回升至850±10℃，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間；在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將溫度升至900±10℃，在碳勢為1.03～1.05％C時(shí)，將丙烷流量減少至0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；滲碳階段，在900±10℃下，保持丙烷流量不變，控制碳勢為1.03～1.05％C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；擴(kuò)散階段，在900±10℃下，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間；保溫階段，將銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將溫度降至850±10℃，保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間；在上述階段中保持甲醇和氮?dú)饬髁坎蛔?；淬火階段，油室淬火。
【專利說明】
用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體 滲碳熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條由鏈板1、齒片2和銷軸3組成，其中如圖1所示，銷軸3是連接 正時(shí)鏈條上的齒片2和鏈板1的重要結(jié)構(gòu)件。
[0003] 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出扭矩需要通過正時(shí)鏈條傳遞到凸輪軸上，凸輪軸驅(qū)動(dòng)氣門開 啟和關(guān)閉，從而保證汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。正時(shí)鏈條在傳遞過程中需要承受一定的動(dòng)載荷 和沖擊載荷，其上銷軸是承受負(fù)荷的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。因此，設(shè)計(jì)規(guī)范要求銷軸的表面硬度高， 其心部具有一定的強(qiáng)度和韌性。為滿足銷軸的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，常對銷軸用鋼(一般采用含碳 量為0.10~0.25%的低碳鋼或低碳合金鋼)進(jìn)行滲碳熱處理制成滲碳鋼。以提高銷軸的耐 磨性，延長銷軸的使用壽命。
[0004] 目前，常用的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝包括五個(gè)階 段，依次為:排氣階段、滲碳階段、擴(kuò)散階段、保溫階段和淬火階段;其中，排氣階段、滲碳階 段和擴(kuò)散階段在滲碳爐后室進(jìn)行;保溫階段在滲碳爐前室進(jìn)行;淬火階段在油室進(jìn)行。每個(gè) 階段具體的工藝參數(shù)如圖2所示。經(jīng)過此工藝處理后，滲碳鋼銷軸的表面層中經(jīng)常出現(xiàn)非馬 氏體組織，通常為一種黑色反常組織屈氏體網(wǎng)（如圖3所示），其深度超過技術(shù)要求達(dá)到 0.16mm，并且滲碳層硬度分布不連續(xù)（如圖4所示）。對利用此滲碳鋼銷軸的F4J16四缸汽油 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行500小時(shí)臺架試驗(yàn)，在正時(shí)鏈條運(yùn)行到380小時(shí)時(shí)，出現(xiàn)了暫時(shí)停滯，不平順等異 常現(xiàn)象。影響了 F4J16四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給整車動(dòng)力性帶來一定的負(fù)面影響。經(jīng) 過失效排查及問題分析，確定是滲碳鋼銷軸表面工作部位過早(〈500小時(shí)）出現(xiàn)不同程度磨 損造成的(如圖5中箭頭所示）。
[0005] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：
[0006] 采用現(xiàn)有的氣體滲碳熱處理工藝得到的滲碳鋼銷軸的表面滲碳層中非馬氏體組 織的過度出現(xiàn)使?jié)B碳鋼銷軸的表面硬度降低，從而降低其表層的耐磨性，導(dǎo)致汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 出現(xiàn)早期磨損失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳 熱處理工藝。技術(shù)方案如下，
[0008] -種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝，包括：
[0009] 排氣階段，先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900±10°C，之后將所述銷軸放入滲碳爐后 室，同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)?，其中所述丙烷的流量為?4m 3/h，所述甲醇 的流量為3.8L/h，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升 至850 ± KTC，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所述銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi) 的溫度升至900 ±10°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.03~I. 05%C時(shí)，將丙烷的流量減少至 0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0010]滲碳階段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐后室的 碳勢為1.03~1.05%C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0011] 擴(kuò)散階段，在900±10°c下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯３值诹A(yù)設(shè)時(shí)間；
[0012] 保溫階段，將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，在第七預(yù) 設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0013] 淬火階段，將所述銷軸送入油室淬火。
[0014] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散階段中：在900± HTC下，保持甲醇和 氮?dú)獾牧髁坎蛔?，減少丙烷的流量，控制滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C，保持第六預(yù) 設(shè)時(shí)間；
[0015] 所述保溫階段中：將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯瑴p 少丙烷的流量，控制滲碳爐前室的碳勢為1.03~1.05%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi) 的溫度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0016] 在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散階段中：在900± HTC下，保持甲醇 和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，控制滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05%C，保持第六預(yù) 設(shè)時(shí)間；
[0017] 所述保溫階段中：將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，?止通入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m 3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為1.03 ~1.05%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850±1 (TC，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0018] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述排氣階段具體為:先將滲碳爐內(nèi)的溫度加 熱至900± HTC，之后將所述銷軸放入滲碳爐后室，同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和 氮?dú)?，其中所述丙烷的流量為?4111 3/11，所述甲醇的流量為3.81711，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2111 3/ h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至850±10°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所 述銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度升至900 ± HTC，在滲碳爐后室的碳 勢為1.05 % C時(shí)，將丙烷的流量減少至0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0019] 所述滲碳階段具體為:在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B 碳爐后室的碳勢為1.05%c，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0020] 所述擴(kuò)散階段具體為：在900± HTC下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入?烷，控制滲碳爐后室的碳勢為1.04%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0021] 所述保溫階段具體為:將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎?變，停止通入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m 3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢 為1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0022] 在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述排氣階段具體為:先將滲碳爐內(nèi)的溫度 加熱至900°C，之后將所述銷軸放入滲碳爐后室，同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮 氣，其中所述丙烷的流量為〇.4m 3/h，所述甲醇的流量為3.8L/h，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h; 在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至850°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所述銷軸 燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度升至900°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.05 %C 時(shí)，將丙烷的流量減少至〇.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0023] 所述滲碳階段具體為:在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐 后室的碳勢為1.05%c，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0024] 所述擴(kuò)散階段具體為:在900°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，?制滲碳爐后室的碳勢為I .〇4%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0025] 所述保溫階段具體為:將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎?變，停止通入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m 3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢 為1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0026]在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第五預(yù)設(shè)時(shí)間為82±5min;所述第六預(yù) 設(shè)時(shí)間23 ± 5min;所述第七預(yù)設(shè)時(shí)間為21 ± IOmin;所述第八預(yù)設(shè)時(shí)間為20 ± 5min。
[0027] 在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為12~27min;所述第二預(yù) 設(shè)時(shí)間2~6min;所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間為10~30min;所述第四預(yù)設(shè)時(shí)間為5~IOmin。
[0028] 在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為12~27min;所述第二預(yù) 設(shè)時(shí)間5min;所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間為IOmin;所述第四預(yù)設(shè)時(shí)間為IOmin;所述第五預(yù)設(shè)時(shí)間為 82min;所述第六預(yù)設(shè)時(shí)間23min;所述第七預(yù)設(shè)時(shí)間為21min;所述第八預(yù)設(shè)時(shí)間為20min。 [0029]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述銷軸的材質(zhì)為20CH氏碳合金鋼。
[0030] 在本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述油室中的淬火油的溫度不高于60°C。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明以丙烷、甲醇和氮?dú)庾鳛闈B 碳劑，丙烷作為富化氣提供活性碳原子，滲碳熱處理的全過程通入甲醇和氮?dú)?，在高溫下?甲醇受熱分解生成一氧化碳和氫氣，一氧化碳、氫氣和氮?dú)庑纬赡柋葹?:4:4的吸熱式氣 氛(QX)，其中活性碳原子和吸熱式氣氛的形成原理如下：
[0032]
[0033]
[0034] xC0+2xH2+2xN2 = 2:4:4吸熱式氣氛(QX)
[0035] 該吸熱式氣氛作為滲碳時(shí)稀釋氣體，不但有利于實(shí)現(xiàn)滲碳爐內(nèi)碳勢的控制，而且 使?jié)B碳爐內(nèi)的氧化氣氛減少，避免內(nèi)氧化的發(fā)生。除此之外，氮?dú)膺€可以保護(hù)銷軸，提高其 淬透性，抑制或延后非馬氏體的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0037] 圖1為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、鏈板;2、齒片;3、銷軸；
[0038]圖2為現(xiàn)有的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝的流程圖； [0039]圖3為現(xiàn)有技術(shù)獲得的滲碳鋼銷軸的金相組織顯微照片；
[0040]圖4為現(xiàn)有技術(shù)獲得的滲碳鋼銷軸的滲碳層硬度分布圖；
[0041 ]圖5為現(xiàn)有技術(shù)獲得的滲碳鋼銷軸表面的磨損圖；
[0042]圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例提供的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理 工藝流程圖；
[0043] 圖7為本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處 理工藝流程圖；
[0044] 圖8為利用本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳 熱處理獲得的滲碳鋼銷軸的金相組織顯微照片；
[0045] 圖9為本發(fā)明另一種實(shí)施例提供的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處 理獲得的滲碳鋼銷軸的滲碳層硬度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述。
[0047]圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例提供的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理 工藝流程圖。參見圖6,該用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝，包括:排氣 階段，先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900±10°C，之后將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸（以下簡稱 銷軸)放入滲碳爐后室，同時(shí)向滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)猓渲斜榈牧髁繛?.4m 3/ h，甲醇的流量為3.8L/h，氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回 升至850 ± HTC，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的 溫度升至900 ±10 °C，在滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C時(shí)，將丙烷的流量減少至 0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；滲碳階段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎?變，控制滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；擴(kuò)散階段，在900 ± 10 °C 下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間;保溫階段，將銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室， 保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯诘谄哳A(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850± HTC，并保 持第八預(yù)設(shè)時(shí)間;淬火階段，將銷軸送入油室淬火。
[0048]滲碳爐內(nèi)放入銷軸，并通入丙烷、甲醇和氮?dú)夂螅瑵B碳爐內(nèi)的溫度會(huì)降低，通常會(huì) 降低到200~300°C，此時(shí)需要將滲碳爐內(nèi)的溫度逐漸回升至850± HTC，并保持一定時(shí)間使 銷軸燒透，即銷軸的內(nèi)外溫度相同。由于通入了丙烷、甲醇和氮?dú)猓瑵B碳爐內(nèi)的氧化氣氛(空 氣中的氧氣、水蒸氣等)很快被排除掉，以防止銷軸發(fā)生內(nèi)氧化。隨著溫度的升高，丙烷裂解 生成活性碳原子，滲碳爐內(nèi)的碳勢逐漸增加，直至到達(dá)滲碳所需要的濃度1.03~1.05%C， 在該碳勢下，活性碳原子在銷軸的表面吸收并向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定碳濃度梯度的滲碳層。 并且，在高溫下，甲醇受熱分解生成一氧化碳和氫氣，一氧化碳、氫氣和氮?dú)庑纬赡柋葹?2:4:4的吸熱式氣氛(QX)，該吸熱式氣氛(QX)作為滲碳時(shí)的稀釋氣體容易實(shí)現(xiàn)碳勢的控制。 不但如此，在熱處理過程中，氮?dú)膺€能保護(hù)銷軸防止氧化，氮?dú)庵械牡霛B碳層中，降低 了鋼的相變點(diǎn)和臨界冷卻速率，提高其淬透性，油冷淬火后，在銷軸表面形成具有一定深度 的馬氏體，抑制或延后非馬氏體的產(chǎn)生，提高了銷軸表面硬度，從而增強(qiáng)了銷軸的耐磨性， 延長了銷軸的使用壽命。此外，若對獲得的滲碳鋼銷軸進(jìn)行進(jìn)一步回火處理的話，氮?dú)膺€可 以在淬火階段后的回火階段中，提高滲碳層的回火抗力，提高回火溫度，以減少滲碳層的脆 性。
[0049]利用本發(fā)明的氣體滲碳熱處理工藝處理后獲得的滲碳鋼銷軸的表面硬度為650~ 825HV，心部硬度400~525HV，硬化層深度為0.40~0.60mm，非馬氏體組織層深度彡 0.015mm，符合銷軸設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
[0050] 需要說明的是，第一預(yù)設(shè)時(shí)間為滲碳爐放入銷軸和通入丙烷、甲醇和氮?dú)夂笙冉?溫后升溫至850 ± 10 °C所需要的時(shí)間。
[0051] 在實(shí)際應(yīng)用中，在本發(fā)明技術(shù)方案中的滲碳階段以后，作為富化氣的丙烷過多，不 能進(jìn)入銷軸內(nèi)部的活性碳原子在銷軸表面容易產(chǎn)生石墨析出。為了防止析出石墨，作為本 發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，擴(kuò)散階段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，減少 丙烷的流量，控制滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間;保溫階段中：將 銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯瑴p少丙烷的流量，控制滲碳爐前室的 碳勢為1.03~1.05%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850 ± 10°C，并保持第八 預(yù)設(shè)時(shí)間。活性碳原子深入到銷軸內(nèi)，到達(dá)一定深度后不再進(jìn)行滲碳，減少富化氣丙烷的流 量，將滲碳爐內(nèi)的碳勢控制在1.03~1.05%C，防止碳勢過低時(shí)銷軸的滲碳層脫碳或者碳勢 過高時(shí)在銷軸表面形成石墨。
[0052]作為本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式，擴(kuò)散階段中：在900± HTC下，保持甲醇和氮 氣的流量不變，停止通入丙烷，控制滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí) 間;保溫階段中：將銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，?向滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m 3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為1.03~1.05%C，在第七 預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。停止通入富化氣丙 烷，更容易控制滲透爐內(nèi)的碳勢，從而有效防止銷軸的滲碳層脫碳和活性碳原子在銷軸表 面以石墨形式析出。并且在保溫階段通入氨氣，氨氣受熱分解為氮?dú)夂蜌錃?，可進(jìn)一步保護(hù) 銷軸不被氧化，進(jìn)一步提高銷軸的淬透性，抑制或延后非馬氏體的產(chǎn)生。
[0053]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以通過更精準(zhǔn)地控制碳勢來強(qiáng)化該氣體滲碳熱處理工 藝，以獲得具有更好耐磨性的滲碳鋼銷軸。具體的實(shí)施方法為:排氣階段具體為:先將滲碳 爐內(nèi)的溫度加熱至900±10°C，之后將銷軸放入滲碳爐后室，同時(shí)向滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲 醇和氮?dú)?，其中丙烷的流量為? 4m3/h，甲醇的流量為3.8L/h，氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h;在第一 預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至850±10°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使銷軸燒透;再 在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度升至900 ± 10°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.05%C時(shí)， 將丙烷的流量減少至〇.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間；滲碳階段具體為:在900±10°C下，保持 丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐后室的碳勢為1.05%C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間；擴(kuò)散 階段具體為:在900 ± KTC下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，控制滲碳爐后室 的碳勢為1.04%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間;保溫階段具體為:將銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲 醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，并向滲碳爐內(nèi)通入流量為〇. 2m3/h的氨氣，控制滲碳 爐前室的碳勢為1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850 ± 10°C，并保持第 八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0054]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可以通過更精準(zhǔn)地控制滲透爐內(nèi)的溫度來強(qiáng)化該氣體 滲碳熱處理工藝，以獲得具有更好耐磨性的滲碳鋼銷軸。具體的實(shí)施方法為:如圖7所示，排 氣階段具體為:先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900°C，之后將銷軸放入滲碳爐后室，同時(shí)向滲 碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)?，其中丙烷的流量為?4m 3/h，甲醇的流量為3.8L/h，氮?dú)獾牧?量為4.2m3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至850°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí) 間，使銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度升至900°C，在滲碳爐后室的碳勢 為1.05%C時(shí)，將丙烷的流量減少至0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間;滲碳階段具體為:在900°C 下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐后室的碳勢為1.05%C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí) 間；擴(kuò)散階段具體為:在900°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯Ｖ雇ㄈ氡?，控制滲碳爐 后室的碳勢為1.04%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間;保溫階段具體為:將銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保 持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，并向滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m 3/h的氨氣，控制 滲碳爐前室的碳勢為1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850°C，并保持第 八預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0055]為了使銷軸表面獲得一定深度的滲碳層，從而使銷軸表面具有一定的硬度，進(jìn)而 使獲得的滲碳鋼銷軸在實(shí)際使用時(shí)具有更好的耐磨性，本發(fā)明又對每個(gè)階段的處理時(shí)間進(jìn) 行了優(yōu)化，具體為:第五預(yù)設(shè)時(shí)間為82 ± 5min，優(yōu)選地，82min;第六預(yù)設(shè)時(shí)間23 ± 5min，優(yōu)選 地，23min;第七預(yù)設(shè)時(shí)間為21 ± IOmin，優(yōu)選地，21min;第八預(yù)設(shè)時(shí)間為20 ± 5min，優(yōu)選地， 20min。在此處理時(shí)間范圍，獲得的滲碳鋼銷軸的硬度更好，耐磨性更好，使用壽命更長。 [0056]此外，排氣階段的處理溫度也很重要，第一預(yù)設(shè)時(shí)間為12~27min，滲碳爐的降溫 也升溫速率過快會(huì)使銷軸發(fā)生形變，為了防止銷軸發(fā)生形變，通常將第一預(yù)設(shè)時(shí)間設(shè)定在 12~27min;第二預(yù)設(shè)時(shí)間2~6min，優(yōu)選地，5min，使銷軸內(nèi)外表面的溫度一致，即為本領(lǐng)域 技術(shù)所說的燒透;第三預(yù)設(shè)時(shí)間為10~30min，優(yōu)選地，IOmin;第四預(yù)設(shè)時(shí)間為5~IOmin，優(yōu) 選地，lOmin。對于排氣階段各時(shí)間的限定，不但是為了使銷軸逐漸適應(yīng)高溫環(huán)境，不發(fā)生形 變，還為了使丙烷充分裂解生成活性碳原子，使?jié)B碳爐內(nèi)的碳勢達(dá)到要求，即碳勢在1.03~ 1.05%C范圍內(nèi)。
[0057]本發(fā)明的技術(shù)方案適用于低碳鋼或低碳合金鋼材質(zhì)的銷軸，優(yōu)選銷軸的材質(zhì)為 20、20Cr或20CrMnTi，更優(yōu)選為，銷軸的材質(zhì)為20Cr低碳合金鋼。
[0058]經(jīng)過淬火處理后銷軸的表面形成馬氏體，即獲得了最終產(chǎn)品一滲碳鋼銷軸，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以理解的是，在淬火階段，對于油室中淬火油的溫度也是有限制的，一般淬火 油的溫度不超過60°C，高于60°C影響銷軸的淬透性，優(yōu)選為20~30°C，低于20°C，銷軸容易 發(fā)生開裂。對于淬火油的種類，本發(fā)明不作具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可從市售的淬火油中 選擇。
[0059]下面以F4J16四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)鏈條上的20Cr低碳合金鋼銷軸為例，對本發(fā) 明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0060] 材料和儀器
[0061 ] 3只F4J16四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)鏈條上的20Cr低碳合金鋼銷軸（長11.6mmX 0 3.Omm)
[0062]實(shí)驗(yàn)所用儀器：
[0063] 1、氣體滲碳熱處理設(shè)備:選擇上海易普森（IPSON)公司的密封箱式爐滲碳(淬火） 爐。
[0064] 2、金相分析設(shè)備:德國蔡司生產(chǎn)的Axio Imager.Alm正置式金相顯微鏡。
[0065] 3、硬度和硬化層深度測試設(shè)備:選擇德國Zwick/Roell生產(chǎn)的ZHV全自動(dòng)維氏硬度 計(jì)。
[0066] 對3只20CH氏碳合金鋼銷軸進(jìn)行以下操作(如圖7所示）：
[0067]先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900°C，之后將20Cr低碳合金鋼銷軸放入滲碳爐后室， 同時(shí)向滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)猓渲斜榈牧髁繛椹?4m3/h，甲醇的流量為3.8L/h， 氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h;在25min內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至850°C，之后保持5min，使銷軸 燒透;再在IOmin內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度升至900°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.05 %C時(shí)，將丙 燒的流量減少至0.3m3/h，保持IOmin;
[0068]在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐后室的碳勢為1.05% C，保持 82min;
[0069] 在900°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，控制滲碳爐后室的碳勢 為1.04%(：，保持2311^11;
[0070] 將20Cr低碳合金鋼銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止?入丙烷，并向滲碳爐內(nèi)通入流量為〇. 2m3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為1.04 % C，在第 21min內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850°C，并保持20min;
[0071] 將20Cr低碳合金鋼銷軸送入油室淬火，淬火油的溫度為25°C。
[0072]獲得3只20Cr滲碳鋼銷軸，隨時(shí)選取一只，進(jìn)行分析測定，結(jié)果如下：
[0073] 1、金相組織分析
[0074] 如圖8所示20Cr滲碳鋼銷軸表面未見黑色反常組織屈氏體網(wǎng)，表面非馬氏體組織 層深度僅〇. 〇〇5mm，符合產(chǎn)品規(guī)定的技術(shù)要求。
[0075] 2、表面硬度和硬化層深度測試
[0076] 如圖9所示，硬化層深度0.45mm，并且硬度梯度沖表明到心部呈連續(xù)遞減分布。銷 軸表層硬度為752HV，心部硬度為505HV，符合產(chǎn)品規(guī)定的技術(shù)要求。
[0077] 需要說明的是，對于(63.Omm銷軸硬化層深度定義是維氏硬度從表面測量到硬度 為530HV作為界限處的距離。
[0078] 3、500小時(shí)臺架試驗(yàn)
[0079]在F4J16四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)500小時(shí)臺架試驗(yàn)中，結(jié)果正常，試驗(yàn)通過;試驗(yàn)后對銷軸 檢查分析，銷軸表面未出現(xiàn)早期磨損，保證F4J16四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保了整車的 動(dòng)力性。
[0080]由上述實(shí)施例可知，利用本發(fā)明的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處 理工藝處理的銷軸，表面硬度為650~825HV，心部硬度400~525HV，硬化層深度為0.40~ 0.60mm，非馬氏體組織層深度< 0.015mm，皆符合銷軸設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
[0081]以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用以限制 本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條銷軸的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，包括： 排氣階段，先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900±10°c，之后將所述銷軸放入滲碳爐后室， 同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)猓渲兴霰榈牧髁繛椹?4m3/h，所述甲醇的 流量為3.8L/h，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2m3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回升至 850± 10°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所述銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的 溫度升至900 ±10 °C，在滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C時(shí)，將丙烷的流量減少至 0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間； 滲碳階段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯刂茲B碳爐后室的碳勢 為1.03~1.05%C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間； 擴(kuò)散階段，在900±10°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔儯３值诹A(yù)設(shè)時(shí)間； 保溫階段，將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，在第七預(yù)設(shè)時(shí) 間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850± 10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間； 淬火階段，將所述銷軸送入油室淬火。2. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于， 所述擴(kuò)散階段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，減少丙烷的流量，控制 滲碳爐后室的碳勢為1.03~1.05 % C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述保溫階段中：將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，減少丙 烷的流量，控制滲碳爐前室的碳勢為1.03~1.05 %C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫 度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。3. 如權(quán)利要求2所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于， 所述擴(kuò)散階段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，控制滲 碳爐后室的碳勢為1.03~1.05%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述保溫階段中：將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止?入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為1.03~ 1.05%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850±10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。4. 如權(quán)利要求3所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于， 所述排氣階段具體為:先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900± 10°C，之后將所述銷軸放入滲 碳爐后室，同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)?，其中所述丙烷的流量為?4m3/h，所 述甲醇的流量為3.8L/h，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2m 3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫 度回升至850±10°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所述銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲 碳爐內(nèi)的溫度升至900±10°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.05%C時(shí)，將丙烷的流量減少至 0.3m3/h，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述滲碳階段具體為:在900 ± 10°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，控制滲碳爐 后室的碳勢為1 .〇5%C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述擴(kuò)散階段具體為:在900 ± 10°C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，?制滲碳爐后室的碳勢為1 .〇4%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述保溫階段具體為:將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，?止通入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為 1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850± 10°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。5. 如權(quán)利要求4所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于， 所述排氣階段具體為:先將滲碳爐內(nèi)的溫度加熱至900°C，之后將所述銷軸放入滲碳爐 后室，同時(shí)向所述滲碳爐內(nèi)通入丙烷、甲醇和氮?dú)?，其中所述丙烷的流量為?4m3/h，所述甲 醇的流量為3.8L/h，所述氮?dú)獾牧髁繛?.2m 3/h;在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度回 升至850°C，之后保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使所述銷軸燒透;再在第三預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的 溫度升至900°C，在滲碳爐后室的碳勢為1.05%C時(shí)，將丙烷的流量減少至0.3m 3/h，保持第 四預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述滲碳階段具體為:在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，控制滲碳爐后室 的碳勢為1.05 % C，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述擴(kuò)散階段具體為:在900 °C下，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，停止通入丙烷，控制滲 碳爐后室的碳勢為1 .〇4%C，保持第六預(yù)設(shè)時(shí)間； 所述保溫階段具體為:將所述銷軸轉(zhuǎn)移至滲碳爐前室，保持甲醇和氮?dú)獾牧髁坎蛔?，?止通入丙烷，并向所述滲碳爐內(nèi)通入流量為〇.2m3/h的氨氣，控制滲碳爐前室的碳勢為 1.04%C，在第七預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，將滲碳爐內(nèi)的溫度降至850°C，并保持第八預(yù)設(shè)時(shí)間。6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，所述第五預(yù)設(shè)時(shí) 間為82 ± 5min;所述第六預(yù)設(shè)時(shí)間23 ± 5min;所述第七預(yù)設(shè)時(shí)間為21 ± lOmin;所述第八預(yù) 設(shè)時(shí)間為20±5min。7. 如權(quán)利要求6所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為12~ 27min;所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間2~6min;所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間為10~30min;所述第四預(yù)設(shè)時(shí)間為5 ~10min〇8. 如權(quán)利要求7所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為12~ 27min;所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間5min;所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間為lOmin;所述第四預(yù)設(shè)時(shí)間為lOmin;所 述第五預(yù)設(shè)時(shí)間為82min;所述第六預(yù)設(shè)時(shí)間23min;所述第七預(yù)設(shè)時(shí)間為21min;所述第八 預(yù)設(shè)時(shí)間為20min。9. 如權(quán)利要求1所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，所述銷軸的材質(zhì)為20CH氐碳 合金鋼。10. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的氣體滲碳熱處理工藝，其特征在于，所述油室中的淬 火油的溫度不高于60 °C。
【文檔編號】C23C8/22GK106086771SQ201610652116
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610652116.2, CN 106086771 A, CN 106086771A, CN 201610652116, CN-A-106086771, CN106086771 A, CN106086771A, CN201610652116, CN201610652116.2
【發(fā)明人】楊當(dāng)友, 陳光躍, 王太海, 陳云霞, 李鼐一
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司