氮等離子弧表面淬火工藝的製作方法

2023-07-17 02:14:21 2

專利名稱：氮等離子弧表面淬火工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵表面淬火技術。
現有技術中，採用高密度能量射束對鋼鐵表面淬火的方法。主要有雷射束和電子束，它們極大的顯示了工藝周期短、互件變形小、可控性好、表面光潔等優點，因此受到國內外很多大企業的重視。
但是，雷射束裝置造價昂貴，一臺1千瓦級的機器價格為18萬美元(美國通用電話電子公司制)。電子束裝置一臺千瓦級的機器價格也在十萬元以上，而且必須在真空條件下工作。兩種機器的維修要求都很高。
因為上述原因，使得它們的推廣應用受到極大的限制，尤其是中小型企業。
本發明的目的，在於採用一種能量密度和射束性能可滿足鋼鐵表面淬火工藝要求，成本低廉，工作可靠的高溫射束，以部分代取雷射和電子束表面淬火工藝。
氮等離子弧(即氮壓縮電弧)弧焰呈柱狀，能量密度可達1×105瓦/釐米2以上，溫度達10000℃以上，可控性好、氮氣價格便宜((只有氬氣的1/5-1/7)，由於它本身是流體束，所以既能對加熱表面起保護作用，又能在鋼鐵表面形成耐磨，耐腐蝕的氮化鐵組織，用它作鋼鐵表面淬火熱源較合適，現有技術中、氮等離子弧只是用作金屬切割和噴塗的熱源。
氮等離子弧鋼鐵表面淬火，就是用氮等離子弧對鋼鐵表面進行掃描加熱使其表層以2000℃/秒以上的速度升到相變溫度以上，自冷至常溫，以改變表層金相組織達到提高表層硬度的目的。
為不使熱量傳入不須加熱的心部，氮等離子弧加熱的掃描速度要比切割和焊接大1～10倍，淬火後，鋼鐵表面組織為萊氏體或細小馬氏體，深度在0.05～1mm。硬度在HV500～1100。
本發明的實施方法如下將待淬火的工件夾裝在普通工具機或專用工具機的夾盤或工作檯上，氮等離子槍固定在刀架上，調整噴嘴到工件的距離在2～15mm間選擇，如果工件是斷續表面，使用非轉移弧為好。
使用轉移弧，各項參數在以下範圍內選擇，氣體流量0.6～4升/分，電流5～200A，工作電壓(直流)40～140V，噴嘴孔徑0.6～6mm。
使用非轉移弧，各項參數在以下範圍內選擇，氣體流量1.5～30升/分，電流30～300A，工作電壓(直流)20～80V，噴嘴孔徑1～6mm。
如使用聯合弧，則轉移弧與非轉移電流之和不大於300A。
使用弧柱電流較大的，則使用較大氣流和噴嘴孔徑，電流較小則反之。
有時為改善弧柱特性，在氮氣迴路加入0～40%的其它氣體。
刀架走刀量在噴嘴孔徑的3/4～5/6之間選擇，掃描加熱運動如同工具機切削金屬。對於只需網紋淬火的工藝，離子槍在與工件相對前進的同時作橫向擺動。
掃描加熱的線速度在0.6～6米/分之間選擇，在其餘各項參數相同的條件下，線速度越大淬火深度越淺。
氮等離子弧表面淬火深度在0.05～1mm。
根據需要在以上範圍內選擇一組參數。即可得所需要的淬火深度和硬度，當淬深在0.2mm以內時無查覺變形。
氮等離子弧設備造價低，只有雷射設備價格的十分之一到幾十分之一，淬火層光潔，工藝簡便，易於實現自動化。特別適用於內燃機汽缸內壁、活塞環、工具機導軌、模具、刀具等的最終加工。
權利要求
1.氮等離子弧表面淬火工藝，是用氮等離子弧(即氮壓縮電弧)為能量射束對鋼鐵表面進行掃描加熱，使其迅速達到相變溫度以上，靠自冷淬火，以改變表層硬度的方法。
2.根據權利要求1所述的氮等離子弧表面淬火工藝，其特徵是可根據需要在氮氣中加入0～40%的其它氣體。
3.根據權利要求1、2所述的氮等離子弧表面淬火工藝，其特徵是淬火深度在0.05～1mm之間可選擇，硬度的HV500～1100之間可選擇。
全文摘要
氮等離子弧表面淬火工藝，是採用氮等離子弧(即氮壓縮電弧)為能量射束對鋼鐵表面進行掃描加熱，使其迅速達到相變溫度以上，靠自冷淬火。淬深在0.05～1mm之間，硬度在HV500～1100之間。熱變形小，表面光潔，工藝簡便，成本低，易實現自動化。適用於內燃機汽缸內壁、活塞環、工具機導軌及機械零件的局部淬火。
文檔編號C21D1/09GK1034226SQ8810022
公開日1989年7月26日 申請日期1988年1月13日 優先權日1988年1月13日
發明者陳鵬, 段春華 申請人:陳鵬, 段春華