轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝探討

文/金文輝，周亞倬，于勤，章馳·江鈴汽車股份有限公司

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上的一個重要保安件，它既要承載行駛中汽車的載荷，又要保證行駛中汽車的轉(zhuǎn)向，所以汽車生產(chǎn)商很注重轉(zhuǎn)向節(jié)外形尺寸的設(shè)計和制造工藝。為了保證轉(zhuǎn)向節(jié)的可靠性和使用壽命，轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理工藝通常采用調(diào)質(zhì)處理+氣體軟氮化工藝，這樣既可以保證轉(zhuǎn)向節(jié)的心部具有較好的韌性，還可以保證其表面有較高的硬度和耐磨性能，最大可能地提高轉(zhuǎn)向節(jié)可靠性和使用壽命。

本文主要是對轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝進行改進，探討各種氣體軟氮化工藝對轉(zhuǎn)向節(jié)金相組織的影響和降低生產(chǎn)成本的可能性。

轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理工藝介紹

本試驗所用的轉(zhuǎn)向節(jié)是選取輕客商用車上的一種技術(shù)要求較高的轉(zhuǎn)向節(jié)，為了保證轉(zhuǎn)向節(jié)的使用性能和使用壽命，我們選用了低合金調(diào)質(zhì)鋼42CrMo鋼材來制作轉(zhuǎn)向節(jié)，這種鋼材制作出來的轉(zhuǎn)向節(jié)采用調(diào)質(zhì)處理+氣體軟氮化工藝處理后，其心部可獲得較高的韌性、表面也可得到較好的硬度及耐磨性能，完全可以滿足轉(zhuǎn)向節(jié)的各項技術(shù)要求。具體的轉(zhuǎn)向節(jié)技術(shù)要求如下：

⑴硬度：心部246～304HB，表面HV0.1≥500HB；

⑵滲層深度：白亮層深0.01～0.025mm，滲氮層深≥0.30mm；

⑶滲氮層脆性、疏松層級別要求：1～2級。

轉(zhuǎn)向節(jié)調(diào)質(zhì)處理工藝采用的是常規(guī)調(diào)質(zhì)處理工藝，淬火加熱溫度(860±5)℃×1h，油淬后580℃回火100min即可。

為了保證轉(zhuǎn)向節(jié)經(jīng)過氣體軟氮化后心部硬度不降低，表面硬度和耐磨性能達到轉(zhuǎn)向節(jié)的各項技術(shù)要求，所以采用低溫(520±5)℃氣體軟氮化工藝，氮化保溫時間達15小時以上，整個氣體軟氮化生產(chǎn)周期時間達到20多個小時，轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線如圖1所示。該工藝生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)向節(jié)達到了各項技術(shù)要求，但生產(chǎn)周期很長，生產(chǎn)率不高，且生產(chǎn)成本也居高不下。采用該氣體軟氮化工藝曲線生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)向節(jié)理化檢測結(jié)果如圖2和表1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線

表1 轉(zhuǎn)向節(jié)軟氮化工藝?yán)砘瘷z測結(jié)果

圖2 轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝氮化層硬度分布圖

轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝探討

為了保證轉(zhuǎn)向節(jié)的各項技術(shù)要求不變，并縮短轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化生產(chǎn)周期和降低其生產(chǎn)成本，我們對轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝進行了工藝試驗探討。我們的思路是提高轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化加熱溫度，縮短軟氮化保溫時間。通過減少不必要的保溫時間，從而達到該目標(biāo)。

第一次氣體軟氮化工藝試驗

依照我們改進氣體軟氮化的工作思路，即提高氣體軟氮化加熱溫度時間并相應(yīng)的縮短氮化保溫時間，具體的轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線如圖3所示。

圖3 第一次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線圖

按照圖3第一次改進后氣體軟氮化工藝曲線生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)向節(jié)，我們經(jīng)過解剖本體獲得了較好的結(jié)果，完全能夠滿足轉(zhuǎn)向節(jié)的各項技術(shù)要求，具體檢測結(jié)果如圖4和表2所示。

轉(zhuǎn)向節(jié)第一次改進工藝主要是把軟氮化加熱溫度從520℃提升到560℃，軟氮化保溫時間從15小時降到7小時，整個軟氮化時間有12個多小時，大大縮短了轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化生產(chǎn)周期，較大幅度地降低了生產(chǎn)成本。

圖4 第一次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝氮化層硬度分布圖

表2 第一次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝?yán)砘瘷z測結(jié)果

表3 第二次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝?yán)砘瘷z測結(jié)果

第二次氣體軟氮化工藝試驗

為了進一步提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本，我們又進行了第二次轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝試驗。具體的轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線如圖5所示。

圖5 第二次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝曲線圖

按照第二次改進后氣體軟氮化工藝曲線生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)向節(jié)，我們又進行了相應(yīng)的工藝試驗。首先進行了幾次小批量工藝試驗后，隨后進行了批量工藝試驗，經(jīng)過解剖轉(zhuǎn)向節(jié)本體取樣，同樣獲得了較好的結(jié)果，達到了轉(zhuǎn)向節(jié)所要求的各項技術(shù)指標(biāo)，具體檢測結(jié)果如圖6和表3所示。

圖6 第二次改進后轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝氮化層硬度分布圖

按照第二次改進后的氣體軟氮化工藝曲線進行轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化生產(chǎn)，從圖6和表3檢測數(shù)據(jù)來看完全達到了轉(zhuǎn)向節(jié)的技術(shù)要求，有些數(shù)據(jù)還得到了提高和改善；但重要的是整個生產(chǎn)周期縮短到9小時左右，比原氣體軟氮化工藝生產(chǎn)周期減少了一半以上的時間，大大提高了生產(chǎn)效率，并進一步降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)增加經(jīng)濟效益做出了很大的貢獻。

結(jié)束語

本次試驗結(jié)果證明汽車轉(zhuǎn)向節(jié)氣體軟氮化工藝通過提高氣體軟氮化加熱溫度，并相應(yīng)的減少其軟氮化保溫時間，是完全可以達到轉(zhuǎn)向節(jié)各項技術(shù)要求的。