销轴表面渗铌强化工艺的制作方法

本发明属于汽车零部件制造领域，具体地涉及一种可以在较大载荷、耐磨损、抗腐蚀、抗氧化、疲劳性能好且使用寿命长的链条销轴表面渗铌强化工艺。

背景技术：

由于链条行业飞速的发展和零部件对耐磨、抗蚀、抗高温氧化等性能的要求的不断提高，促进了零件表面强化工艺的发展。其中，零件表面渗金属发展与应用尤为迅速。目前较为成熟的表面强化工艺是表面渗铬强化，渗铬零件表面的性能虽然有所提升，但是渗层的性能依然较差，且存在不少的弱点。渗铬层的抗高温氧化性能虽好，但硬度较低，耐磨性较差，且容易出现深层剥落，在低、中碳钢的渗铬层下均易形成贫碳区，故只适用于轻载下工作的工件。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种避免销轴渗铬工艺中硬度低，耐磨性较差，易剥落的不足，设计出一种可以使渗金属零件能承受更大载荷，热疲劳性能好，高硬度，高耐磨性的销轴表面渗铌强化工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的销轴表面渗铌强化工艺，工艺如下：

（1）精磨销轴；

（2）盐浴配方：4-8%的粉状铌粉，92%-96%的硼砂以及一定量的还原剂，称取各组分并混合均匀；

（3）加入精磨的销轴充分搅拌后装入耐高温的坩埚中密封，并在950-1050℃环境中保温4-6h，进行渗铌；

（4）经过渗铌后的销轴随炉冷却；

（5）冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；

（6）后续对销轴进行常规淬火与回火。

铌粉和氧气反应产生五氧化二铌（Nb₂O₅），部分硼砂高温热分解而产生三氧化二硼（B₂0₃），此时盐浴中有五氧化二铌（Nb₂O₅）和三氧化二硼（B₂0₃）两种氧化物并存。

已知各元素氧化物稳定性下降顺序如下:

Ca Mg Zr Al Ti Si B Cr Nb V W

所述的还原剂为排列在各元素前面的每个元素，两种氧化物中三氧化二硼（B₂0₃）最为稳定，五氧化二铌（Nb₂O₅）稳定性最差，当向盐浴中加入还原剂后，首先被还原的是铌，若还原剂过量才有可能同时还原出硼，依还原剂的用量不同可以分别得到活性的铌、铌硼原子，以实现钢的渗铌、铌硼共渗。在进行单元渗铌时，若用铝作为还原剂，则盐浴内主要发生下列化学反应:

2/5Nb₂O₅+4/3Al=4/5Nb+2/3Al₂O₃

由上述化学反应得到活性的铌原子。当工件浸入盐浴后，活性的铌原子同时吸附于钢的表面并向内层扩散，随后铌就和钢基体中的碳形成碳化物。由于碳化物中的碳来自于基体，为保证基体渗金属后仍有足够的含碳量，不至于形成局部贫碳区，需要用于渗金属的销轴原材料具有较高的含碳量，一般含碳量应>0.6%。

进一步，所述的销轴的表面粗糙度≤ Ra0.1μm。

进一步，所述的销轴表面渗层厚度为10-15μm且渗层厚度均匀。

进一步，所述的销轴材料为GCr15 轴承钢。经大量实验，分析数据得出结论，采用GCr15轴承钢做材料的销轴经过渗铌后销轴表面各性能效果均优于普通钢材做基体的渗铌效果。

本发明的销轴表面渗铌强化工艺与现有技术相比，具有以下优点：渗透速度快，渗铌层的耐磨性、抗擦伤性能比渗铬层强，渗层更加均匀；渗铌销轴的渗层相比渗铬的渗层要更加质密，渗层与基体之间结合强度更好，表面强度大大提高，提高了耐磨性能和剪切强度。

附图说明

图1为销轴经过渗铬处理后的金相图；

图2为销轴经过渗铌处理后的金相图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

本实施例提供的销轴表面渗铌强化工艺，将用GCr15 轴承钢材料制做的销轴经过精磨；按盐浴配方：4-8%的粉状铌粉，92%-96%的硼砂以及一定量的还原剂Al，称取各组分并混合均匀；加入精磨的销轴充分搅拌后装入耐高温的坩埚中密封，并在950-1050℃环境中保温4-6h，进行渗铌；经过渗铌后的销轴随炉冷却；冷却后的销轴用沸水煮去表层残余的废盐；后续对销轴进行淬火与回火。

已知各元素氧化物稳定性下降顺序如下:

Ca Mg Zr Al Ti Si B Cr Nb V W

两种氧化物中三氧化二硼（B₂0₃）最为稳定，五氧化二铌（Nb₂O₅）稳定性最差，当向盐浴中加入还原剂Al后，首先被还原的是铌原子，以实现钢的渗铌。

渗层10-15μm，渗层均匀，销轴表面粗糙度≤ Ra0.1μm，渗层硬度可以达到2500-2800HV。

如图1-2所示，渗铌销轴的渗层相比渗铬的渗层要更加质密，渗层与基体之间结合强度更好，表面强度大大提高，提高了耐磨性能和剪切强度。