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网带炉紧固件渗碳热处理

2021-08-10 09:16:19

  螺纹紧固件中的自攻螺钉和自攻锁紧螺钉不仅要求高强度和耐磨性,还要求芯部有足够的韧性和塑性。无论是制造低碳钢还是中碳或中碳合金钢,都需要进行渗碳或碳氮共渗淬火处理,以满足设计和使用的需要。

  渗碳是指碳原子渗入钢的表层,使钢表面的化学成分接近高碳钢的过程,低碳钢具有高碳钢的硬度、耐磨性和疲劳强度。渗碳材料一般为低碳钢或低碳低合金钢。

  传统气体渗碳技术的渗碳过程一般分为分解、吸附和扩散三个阶段。目前,带式炉渗碳广泛应用于紧固件企业。设备的碳势主要由炉膛中后部的氧探头测量和控制。技术不足是渗碳时工件始终处于高碳势状态,很难获得良好的渗碳碳浓度梯度分布。

  为了深入了解网带炉内的气氛分布以及影响产品质量的因素,我们结合生产实际进行了研究。以自攻锁紧螺钉为例,分析了网带炉渗碳工艺,研究了渗碳淬火后对螺钉金相组织和性能的影响,并选择了工艺。

  1.测试材料和方法

  试验采用M620盘头六角头自攻螺钉,材料为SWRCH22A,符合日本JIS标准。产品技术要求:渗碳层深度为0.15 ~ 0.28毫米,回火后心脏硬度为(302)HRC。

  无马弗SY-805-6三用网带炉由炉体、电加热元件、热电偶、氧探头、搅拌风机和输送带组成。炉体由防渗层、保温层和炉壳组成。炉膛为贯通式结构,采用前排风方式。时间、碳势、温度等参数可以在PLC系统的程序中设置和执行。工艺程序可显示在计算机屏幕上,并具有故障自诊断功能。时间由变频器控制,碳势由碳控制器控制,信号由灵敏的氧探头测量,功率由三相可控硅功率调节器控制,温度信号由热电偶测量。渗碳剂为丙烷和甲醇,其中甲醇为稀释剂,流量为1800 ~ 2400 cc/h,丙烷为富气,流量根据碳势由电磁阀控制。

  2.测试结果和分析

  (1)测试结果

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  炉内温度稳定在880,碳势设定在1.2%。三用SY-805-6网带炉分为六区。氧气探头安装在四个区域和五个区域。用三气分析仪测定了四区、五区和六区的碳势,四区为1.18%,五区为1.21%,六区为1.24%。网带炉内气氛的均匀性由搅拌风机控制。产品在3区前面时,仍处于加热阶段。温度低,渗碳效果差。未安装氧探头,炉口前段碳势低。由于油蒸汽的分解,6区的碳势略有增加。(2)测试过程

  网带炉渗碳或碳氮共渗。对于低碳钢SWRCH22A、ML20MnVB、ML15MnVB或中碳、中碳合金钢、SWRCH35K、SCM435、SCR440钢螺钉,应根据螺钉规格选择渗碳层。对于合金钢,渗碳可以直接淬火,而对于碳钢,渗碳后应进行空冷和二次加热淬火。测试过程见附表。

  自攻锁紧螺钉的热处理工艺

  自攻锁紧螺栓油淬后,SWRCH22A的芯部硬度大于38HRC,表面硬度大于700HV0.3,430回火后,芯部硬度为30HRC,满足8.8级螺栓的力学性能要求;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,芯部硬度为30HRC,满足8.8级螺栓的力学性能要求。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,芯硬度达到35HRC,满足10.9级螺栓的力学性能要求。图1和图2显示了SWRCH22A的渗碳、淬火和回火的显微组织。

  3.实验分析

  无论采用何种渗碳方法,高温热解后的渗碳剂渗碳成分应为CO、CO2、CH4和H2,生成的活性碳原子吸附扩散在工件表面,形成一定碳浓度的渗碳层。

  螺旋渗碳是浅层渗碳,所以使用网带渗碳炉非常有利。工件按照预设的条件进行加工,加工完成后,工件连续装入进料口,从出料口出料。随着渗碳时间的增加,影响渗碳速度的因素也发生变化,即渗碳深度的增加主要受碳在钢中扩散速度的控制。

  通过金相显微观察,工件碳化物呈小块状或颗粒状分布(2级),马氏体呈细针状分布(3级)。

  4.流程选择

  众所周知,影响渗碳过程的主要因素有很多,比如温度和时间。在确定螺杆材质、渗碳温度和碳势时,会根据渗碳层的深度来确定渗碳时间,各种渗碳剂或渗碳气体在高温下产生的活性原子是不同的。连续网带炉渗碳碳势设定为1.0% ~ 1.2%。然而,钢中的合金元素对碳的吸收能力和碳向内部的扩散有很大的影响。钒、铬、钛等碳化物形成元素可增加渗层表面的碳含量。在高韧性和适当淬透性的条件下,自攻锁紧螺钉通常由ML15MnVB、ML20MnVB、SCM435和SWRCH22A钢制成。

  螺杆表面的残油会对炉内气氛产生影响。如果不清洗,会直接影响炉内气氛和控制精度。还要注意空炉时网带上是否有残留的黄色粉末。如果有的话,要认真清洗螺丝。由于网带炉渗碳后不具备风冷条件,应尽量选用低合金钢或碳钢的渗碳和直接淬火工艺。5.氢脆

  氢脆是自攻螺钉的突出质量隐患。在直接碳氮共渗淬火的螺杆中,氢脆比渗碳零件更为突出。酸洗和电镀过程中产生的氢气和碳氮共渗过程中周围介质中的氢气(一般高达60% ~ 70%)可以部分溶解在钢中。当电镀和磷化工艺的阴极电流效率低于100%时,大量氢原子会附着在螺杆表面,导致氢渗透。氢的这种行为对钢的氢脆有重要影响。

  自攻螺钉驱动氢气6 ~ 8小时。由于温度可以提高氢在钢中的扩散系数,因此在150 ~ 200保温可以消除氢脆。但如果温度过高,比如400以上,氢在钢中的溶解也会增加,氢不再自动从钢中逸出,从而无法去除氢。氢驱温度为140 ~ 170(磷化)和200 ~ 240(电镀),但氢驱时间应根据芯部硬度、表面粗糙度、电镀时间、镀层厚度、酸洗时间和酸浓度等生产条件确定,应在钝化处理前和电镀后(4h内)进行。

  6.结论

  网带式渗碳炉适用于零件尺寸小、数量和工艺变化大的场合,尤其适用于紧固件行业大量螺钉的渗碳。只有不断改进和完善材料、热处理和测试,才能生产出具有市场竞争力的产品。

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