鏜桿硬氮化工藝

■ 程健康

S1110和 S195和S1115機(jī)體鏜床的關(guān)鍵部件——鏜桿，原先為外協(xié)加工件，需費(fèi)用18萬元，成本高，且硬氮化過程中由于熱變形大，精磨后表面硬度達(dá)不到750HV5以上，造成鏜桿早期磨損而失效。

為了提高鏜桿表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度，節(jié)約開支，降低生產(chǎn)成本，保證鏜床的大修質(zhì)量，集團(tuán)公司下達(dá)攻關(guān)項(xiàng)目。

1. 工藝試驗(yàn)

（1）硬氮化零件 鏜桿最長1120mm，最小直徑為40mm，有大小臺(tái)階5個(gè)，經(jīng)精磨后鏜桿的硬氮化要求是硬度750HV5以上，硬氮化層≥0.25mm。硬氮化中控制變形量是保證硬氮化質(zhì)量的關(guān)鍵。其他硬氮化部件由于尺寸較短，變形容易控制。

（2）鏜桿制造工藝流程 主要流程：下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高溫回火→磨加工→回火→硬氮化→入庫（裝機(jī)）。

（3）試驗(yàn)設(shè)備 使用設(shè)備為RQ2-105-9井式滲碳爐，用LEB-15氨氣流量計(jì)控制氨氣流量。

（4）試驗(yàn)方法 為了保證獲得良好的硬氮化質(zhì)量，在沒有氮?jiǎng)轀y(cè)定儀的情況下，先用一根報(bào)廢的鏜桿用硬氮化工藝方法進(jìn)行工藝試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)情況來調(diào)整工藝。先后采用4種硬氮化工藝方法（見圖1~圖4），不同的硬氮化工藝生產(chǎn)的鏜桿的硬度和滲層見表1。其裝掛方法為豎掛氮化架中，使裝吊牢靠、平穩(wěn)，減少熱變形。在鏜桿大端鉆工藝孔，然后豎直掉掛，硬氮化變形情況見表2。

圖1 工藝方法1

圖2 工藝方法2

圖3 工藝方法3

圖4 工藝方法4

表1 不同硬氮化工藝的硬氮化層和硬度

（5）溫度的選擇 38CrMoA1材料具有優(yōu)異的硬氮化工藝性，為了提高硬氮化層深度，在保證達(dá)到硬氮化硬度的前提下，應(yīng)盡量提高硬氮化溫度，隨硬氮化溫度的提高，表面硬度降低，但在580℃以下時(shí)由于硬氮化物的聚集不顯著，硬氮化物彌散影響不大，故硬度變化較小。相反，隨溫度的提高，氮原子的擴(kuò)散速度顯著加快，但溫度過高不僅降低硬度、耐磨性，同時(shí)易引起較大熱變形。因此，我們的工藝中選擇上區(qū)570℃，下區(qū)560℃的溫度。

（6）硬氮化時(shí)間和氨氣流量的控制 隨著時(shí)間的延長，硬氮化層呈拋物線型變化，因此無限地延長時(shí)間并不能增加硬氮化層的深度（或增加很少）。由于我們選擇的溫度較高，硬氮化時(shí)間不宜過長，當(dāng)采用工藝方法3和工藝方法4時(shí)已經(jīng)有少量的脈狀氮化物出現(xiàn)。另外，過長時(shí)間硬氮化將降低硬度、增加脆性等缺陷。氨氣流量分階段分別控制，為了縮短排氣時(shí)間，在排氣階段用滴乙醇通氨的辦法盡快地排出爐內(nèi)的廢氣。硬氮化第一、第二階段通較大的氨量，目的是為了獲得大濃度梯度的硬氮化層和高的表面硬度，以加速氮在鋼中的擴(kuò)散，第三階段適當(dāng)減少流量是為了加速氮在鋼中的擴(kuò)散，降低氮濃度梯度，使硬氮化層硬度分布平緩，降低零件的脆性，增加抗疲勞性，減薄化合物層厚度。通過分階段控制氨氣流量，采用工藝方法4使硬氮化層在20h內(nèi)達(dá)到0.44mm以上，硬度達(dá)到900HV5以上，以求達(dá)到表面強(qiáng)化，來提高表面耐磨性。

（7）硬氮化變形 影響鏜桿硬氮化變形因素較多，除了硬氮化時(shí)的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力外，棱角、尖角孔、硬氮化前機(jī)械加工和預(yù)處理的殘余應(yīng)力均有重大影響，對(duì)機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力在粗磨前，再進(jìn)行一道去應(yīng)力退火。降溫至380℃以下出爐時(shí)，應(yīng)特別注意出爐時(shí)不能碰撞，由此產(chǎn)生擺動(dòng)是造成變形的因素。能地少磨掉硬氮化層，保證有盡可能深的硬化層，由于與鏜桿配合的鏜套為鑄件，容易加工，因此根據(jù)鏜桿的精度，通過配磨鏜套，這樣既減少了鏜桿的磨量，又保證了其配套間隙精度，不僅可以提高使用壽命，還保護(hù)了最昂貴的鏜桿。通過熱處理與磨削加工的配合、協(xié)作，從而基本解決了變形的難題。

3. 效益和結(jié)論

2. 鏜桿的磨削加工

由于CE-U580-G143鏜桿細(xì)長，極易引起彎曲變形，在試驗(yàn)中最大彎曲處徑向圓跳動(dòng)達(dá)到0.4mm左右，而硬氮化層深度在該次試驗(yàn)中僅0.4~0.43mm，若采用常規(guī)的磨削加工工藝，顯然無法磨削，因此必須改進(jìn)磨削方法。

（1）設(shè)置中心孔二次校正裝置 硬氮化后直接磨削加工，加工余量不足，硬氮化層被加工掉，因此將中心孔打成螺孔形，由于鏜桿彎曲方向一致，因此按最高點(diǎn)的平均值作為中心孔的中心位置，經(jīng)過校對(duì)，重新鉆中心孔，使磨量得到重新分配，從而解決了鏜桿的磨削問題。

（2）修正間隙 為了盡可

（1）效益 大修后的鏜桿供金工車間使用的效果良好，未發(fā)現(xiàn)早期磨損現(xiàn)象，由此產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益，自制費(fèi)用僅需8萬元，外協(xié)則需18萬元，自制可節(jié)約費(fèi)用10萬余元。到目前為止已生產(chǎn)7副鏜桿，共節(jié)約70萬元。

（2）結(jié)論 首先，采用適當(dāng)提高硬氮化溫度的二段硬氮化工藝，對(duì)鏜桿的硬氮化生產(chǎn)是適用的，既保證了硬氮層的深度、硬度，表面強(qiáng)化又比一般的硬氮化工藝提高了效益。其次，在磨削加工中設(shè)置中心孔二次校正裝置，根據(jù)鏜桿的尺寸精度配磨鏜套的方法，不僅解決了鏜桿的變形問題，而且保證了硬氮化層深度，是鏜桿生產(chǎn)過程中解決硬氮化變形行之有效的方法。

表2 不同硬氮化工藝的鏜桿變形情況