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網帶爐緊固件滲碳熱處理

2021-08-10 09:16:19

  螺紋緊固件中的自攻螺釘和自攻鎖緊螺釘不僅要求高強度和耐磨性,還要求芯部有足夠的韌性和塑性。無論是制造低碳鋼還是中碳或中碳合金鋼,都需要進行滲碳或碳氮共滲淬火處理,以滿足設計和使用的需要。

  滲碳是指碳原子滲入鋼的表層,使鋼表面的化學成分接近高碳鋼的過程,低碳鋼具有高碳鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度。滲碳材料一般為低碳鋼或低碳低合金鋼。

  傳統氣體滲碳技術的滲碳過程一般分為分解、吸附和擴散三個階段。目前,帶式爐滲碳廣泛應用于緊固件企業。設備的碳勢主要由爐膛中后部的氧探頭測量和控制。技術不足是滲碳時工件始終處于高碳勢狀態,很難獲得良好的滲碳碳濃度梯度分布。

  為了深入了解網帶爐內的氣氛分布以及影響產品質量的因素,我們結合生產實際進行了研究。以自攻鎖緊螺釘為例,分析了網帶爐滲碳工藝,研究了滲碳淬火后對螺釘金相組織和性能的影響,并選擇了工藝。

  1.測試材料和方法

  試驗采用M620盤頭六角頭自攻螺釘,材料為SWRCH22A,符合日本JIS標準。產品技術要求:滲碳層深度為0.15 ~ 0.28毫米,回火后心臟硬度為(302)HRC。

  無馬弗SY-805-6三用網帶爐由爐體、電加熱元件、熱電偶、氧探頭、攪拌風機和輸送帶組成。爐體由防滲層、保溫層和爐殼組成。爐膛為貫通式結構,采用前排風方式。時間、碳勢、溫度等參數可以在PLC系統的程序中設置和執行。工藝程序可顯示在計算機屏幕上,并具有故障自診斷功能。時間由變頻器控制,碳勢由碳控制器控制,信號由靈敏的氧探頭測量,功率由三相可控硅功率調節器控制,溫度信號由熱電偶測量。滲碳劑為丙烷和甲醇,其中甲醇為稀釋劑,流量為1800 ~ 2400 cc/h,丙烷為富氣,流量根據碳勢由電磁閥控制。

  2.測試結果和分析

  (1)測試結果

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  爐內溫度穩定在880,碳勢設定在1.2%。三用SY-805-6網帶爐分為六區。氧氣探頭安裝在四個區域和五個區域。用三氣分析儀測定了四區、五區和六區的碳勢,四區為1.18%,五區為1.21%,六區為1.24%。網帶爐內氣氛的均勻性由攪拌風機控制。產品在3區前面時,仍處于加熱階段。溫度低,滲碳效果差。未安裝氧探頭,爐口前段碳勢低。由于油蒸汽的分解,6區的碳勢略有增加。(2)測試過程

  網帶爐滲碳或碳氮共滲。對于低碳鋼SWRCH22A、ML20MnVB、ML15MnVB或中碳、中碳合金鋼、SWRCH35K、SCM435、SCR440鋼螺釘,應根據螺釘規格選擇滲碳層。對于合金鋼,滲碳可以直接淬火,而對于碳鋼,滲碳后應進行空冷和二次加熱淬火。測試過程見附表。

  自攻鎖緊螺釘的熱處理工藝

  自攻鎖緊螺栓油淬后,SWRCH22A的芯部硬度大于38HRC,表面硬度大于700HV0.3,430回火后,芯部硬度為30HRC,滿足8.8級螺栓的力學性能要求;淬火后ML20MnVB油的芯部硬度大于40HRC,表面硬度大于700 HV  0.3 510回火后,芯部硬度為30HRC,滿足8.8級螺栓的力學性能要求。淬火后SCM435油芯硬度大于45HRC,表面硬度大于750 HV  0.3 530回火后,芯硬度達到35HRC,滿足10.9級螺栓的力學性能要求。圖1和圖2顯示了SWRCH22A的滲碳、淬火和回火的顯微組織。

  3.實驗分析

  無論采用何種滲碳方法,高溫熱解后的滲碳劑滲碳成分應為CO、CO2、CH4和H2,生成的活性碳原子吸附擴散在工件表面,形成一定碳濃度的滲碳層。

  螺旋滲碳是淺層滲碳,所以使用網帶滲碳爐非常有利。工件按照預設的條件進行加工,加工完成后,工件連續裝入進料口,從出料口出料。隨著滲碳時間的增加,影響滲碳速度的因素也發生變化,即滲碳深度的增加主要受碳在鋼中擴散速度的控制。

  通過金相顯微觀察,工件碳化物呈小塊狀或顆粒狀分布(2級),馬氏體呈細針狀分布(3級)。

  4.流程選擇

  眾所周知,影響滲碳過程的主要因素有很多,比如溫度和時間。在確定螺桿材質、滲碳溫度和碳勢時,會根據滲碳層的深度來確定滲碳時間,各種滲碳劑或滲碳氣體在高溫下產生的活性原子是不同的。連續網帶爐滲碳碳勢設定為1.0% ~ 1.2%。然而,鋼中的合金元素對碳的吸收能力和碳向內部的擴散有很大的影響。釩、鉻、鈦等碳化物形成元素可增加滲層表面的碳含量。在高韌性和適當淬透性的條件下,自攻鎖緊螺釘通常由ML15MnVB、ML20MnVB、SCM435和SWRCH22A鋼制成。

  螺桿表面的殘油會對爐內氣氛產生影響。如果不清洗,會直接影響爐內氣氛和控制精度。還要注意空爐時網帶上是否有殘留的黃色粉末。如果有的話,要認真清洗螺絲。由于網帶爐滲碳后不具備風冷條件,應盡量選用低合金鋼或碳鋼的滲碳和直接淬火工藝。5.氫脆

  氫脆是自攻螺釘的突出質量隱患。在直接碳氮共滲淬火的螺桿中,氫脆比滲碳零件更為突出。酸洗和電鍍過程中產生的氫氣和碳氮共滲過程中周圍介質中的氫氣(一般高達60% ~ 70%)可以部分溶解在鋼中。當電鍍和磷化工藝的陰極電流效率低于100%時,大量氫原子會附著在螺桿表面,導致氫滲透。氫的這種行為對鋼的氫脆有重要影響。

  自攻螺釘驅動氫氣6 ~ 8小時。由于溫度可以提高氫在鋼中的擴散系數,因此在150 ~ 200保溫可以消除氫脆。但如果溫度過高,比如400以上,氫在鋼中的溶解也會增加,氫不再自動從鋼中逸出,從而無法去除氫。氫驅溫度為140 ~ 170(磷化)和200 ~ 240(電鍍),但氫驅時間應根據芯部硬度、表面粗糙度、電鍍時間、鍍層厚度、酸洗時間和酸濃度等生產條件確定,應在鈍化處理前和電鍍后(4h內)進行。

  6.結論

  網帶式滲碳爐適用于零件尺寸小、數量和工藝變化大的場合,尤其適用于緊固件行業大量螺釘的滲碳。只有不斷改進和完善材料、熱處理和測試,才能生產出具有市場競爭力的產品。

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