一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法与流程

1.本发明涉及一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，具体地说涉及一种使用现有离子氮化炉对曲轴进行真空去应力退火的方法，属于真空热处理技术领域。


背景技术：

2.对于需要进行离子氮化的这类曲轴，由于其结构的特殊性，粗加工后会在曲轴内部存在大量的加工内应力。如在精加工前不能消除加工内应力，精磨后再经离子氮化处理，会严重影响曲轴成品的尺寸精度。故需要在精加工前进行去应力退火以消除内应力。
3.传统消除内应力的方法，是直接在加热炉内升温到一定温度，保温一段时间后，再进行随炉冷却。但是该种方法会导致曲轴表面被氧化，不适合离子氮化曲轴。因此需要采用真空回火设备以避免曲轴表面被氧化。
4.虽然现在市场上有许多比较先进的真空回火炉设备。但是这些设备的购置费用特别高，并且在适应性以及后期维护上也存在诸多问题需要解决。为了节约购置设备成本，又能大批量稳定生产，且便于后续机加工，而利用可抽真空的离子氮化炉进行常规真空去应力退火，但是，由于充入氮气等气体会使得曲轴表面硬度变高，导致后续机加工困难，还有充入部分气体又无法电离，导致离子氮化炉升温困难。为此，很有必要开发一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是要解决的现有技术存在的问题，而提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，既可利用现有的离子氮化设备，对各项热处理参数进行优化，并提出一种既不会导致曲轴表面硬度变高，又能被电离可迅速升温的保护气氛。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，在离子氮化炉中对曲轴进行真空去应力退火，包括如下步骤：
7.⑴
、将离子氮化炉气路开关切换到退火气氛，并打开退火气氛阀门，气路开关切换到送氩气氛，并打开氩气阀门，用氩气对管路进行冲刷，以去除管路中残留的渗氮气氛，之后关闭氩气阀门；
8.⑵
、使用超声波清洗机对曲轴进行清洗，将清洗干净并干燥后的曲轴按顺序摆放在阴极盘上，曲轴彼此间距离≥2cm，使用工装堵住曲轴上的小孔和窄缝，然后盖上钟罩；
9.⑶
、设置退火工艺参数：电压630v，占空比50％，抽真空至气压≤40pa时开始打弧，从室温上升至＜350℃期间升温速度1.5℃/min；在350℃至＜500℃之间升温速度1℃/min；此时
10.若曲轴为42crmo钢件：在温度从350℃上升至＜500℃之间，电压为640v，气压60pa；在500～550℃，升温速度0.5℃/min，电压620v，气压70pa，到550℃后保温10h，氩气流量保持在0.2～0.3l/min；
11.若曲轴为球墨铸铁：在温度从350℃上升至＜500℃之间，电压为670v，气压75pa；
500℃～570℃，升温速度0.5℃/min，电压670v，气压95pa，到570℃后保温10h，氩气流量保持在0.2～0.4l/min；
12.⑷
、打开电源、冷却水开关、氩气阀门、真空蝶阀，启动离子氮化炉控制系统，离子氮化炉开始按所述设定工艺参数自动进行真空去应力退火；退火保温结束后，关闭电源、氩气阀门、真空蝶阀，离子氮化炉控制系统自动关闭；随炉冷却至120℃以下，关闭冷却水开关，开钟罩出炉即可。
13.所述的氩气纯度为≥99.99％，优选纯度为≥99.999％的氩气。
14.本发明使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法与现有技术相比具有的优点是：
15.⑴
、本发明提供的一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，只需将离子氮化炉的气氛换成去应力退火气氛，采用纯度≥99.99％纯氩或纯度≥99.999％的高纯氩，再设置合适的退火参数，便能利用离子氮化炉对曲轴进行真空去应力退火。
16.⑵
、本发明的方法由于可利用现有离子氮化设备，无需采购价格高昂的真空回火炉设备，同时能有效去除加工内应力，且热处理后曲轴表面不会被氧化，硬度也不会发生明显变化，便于后续机加工，本方法可大批量稳定地处理曲轴。
附图说明
17.图1为本发明使用的离子氮化炉整体结构示意图。
18.图中：1—钟罩；2—阴极盘；3—出水口；4—进气管；5—进水口。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明的使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
20.实施例1：本发明提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，所使用的离子氮化炉的结构如图1所示，离子氮化炉的钟罩1上设有进气管4、进水口5，炉顶上设有出水口3，炉内设有阴极盘2；真空去应力退火的方法具体以xx型号钢件曲轴、材料为42crmo为例，其真空去应力退火的步骤为：
21.⑴
、将离子氮化炉气路开关切换到退火气氛，并打开退火气氛阀门，气路开关切换到高纯氩气氛，并打开高纯氩气阀门，高纯氩气纯度为99.999％，氩气经进气管4进入对管路进行冲刷，以去除管路中残留的渗氮气氛，冲刷后关闭高纯氩气阀门；
22.⑵
、使用超声波清洗机对曲轴进行清洗，将清洗干净并干燥后的曲轴按顺序摆放在阴极盘2上，曲轴彼此间距离≥2cm，使用工装堵住曲轴上的小孔和窄缝，然后盖上钟罩1；
23.⑶
、设置退火工艺参数：
24.电压630v，占空比50％，抽真空至气压≤40pa时开始打弧，温度从室温上升至＜350℃期间升温速度1.5℃/min；在350℃至＜500℃之间升温速度1℃/min；
25.本实施例的曲轴为42crmo钢件：在温度从350℃上升至＜500℃之间，电压为640v，气压60pa；在500～550℃，升温速度0.5℃/min，电压620v，气压70pa，到550℃后保温10h，氩气流量保持在0.2l/min；
26.⑷
、打开电源、冷却水开关、氩气阀门、真空蝶阀，启动离子氮化炉控制系统，离子
氮化炉开始按所述设定工艺参数自动进行真空去应力退火；真空去应力退火保温结束后，关闭电源、氩气阀门、真空蝶阀，离子氮化炉控制系统自动关闭；随炉冷却至120℃以下，关闭冷却水开关，开钟罩出炉即可。
27.表1 钢件曲轴退火前后硬度对比
[0028][0029]
出炉后的曲轴表面无氧化现象，经维氏硬度检测，表面硬度与退火前的硬度无明显变化。
[0030]
实施例2：本发明提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，其真空去应力退火的步骤基本与实施例1相同，不同的只是：氩气纯度为≥99.99％，氩气流量保持在0.3l/min；真空去应力退火的效果与实施例1基本相同。
[0031]
实施例3：本发明提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，具体以xx型号铸铁曲轴、材料为球墨铸铁为例，其真空去应力退火的步骤与实施例1基本相同，高纯氩气纯度为99.999％，不同的只是步骤
⑶
，设置的退火工艺参数不同：
[0032]
当电压630v，占空比50％，抽真空至气压≤40pa时开始打弧，温度从室温上升至350℃期间，升温速度1.5℃/min；350℃～500℃，升温速度1℃/min，电压670v，气压75pa；500℃～570℃，升温速度0.5℃/min，电压670v，气压95pa，570℃到温后保温10h，氩气流量保持在0.2l/min，保温结束后，关闭电源、氩气阀门、真空蝶阀，离子氮化炉控制系统自动关闭；随炉冷却至120℃以下，关闭冷却水开关，开钟罩1出炉即可。
[0033]
出炉后的曲轴表面无氧化现象，经维氏硬度检测，表面硬度与退火前的硬度无明显变化。
[0034]
表2 铸件曲轴退火前后硬度对比
[0035][0036]
实施例4：本发明提供一种使用离子氮化炉进行真空去应力退火的方法，其真空去应力退火的步骤基本与实施例3相同，不同的只是：氩气纯度为≥99.99％，氩气流量保持在0.4l/min；真空去应力退火的效果与实施例3基本相同。
[0037]
本发明的方法由于可利用现有离子氮化设备，无需采购价格高昂的真空回火炉设备，同时能有效去除加工内应力，且热处理后曲轴表面不会被氧化，硬度也不会发生明显变化，便于后续机加工，本方法可大批量稳定处理曲轴。