一种泵轴的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种栗轴，属于合金材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 栗阀工作的环境多样，恶劣，对材质的要求很高，目前栗阀用的合金钢有多种多 样，主要以40Cr、20CrMnTi等基础合金，但是仍有很多问题存在，如耐磨性、硬度、防锈性 能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性等，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要 进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，延长栗轴的使用寿命。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是为了提供一种机械性能较好、耐磨损、使用寿命久的钢制栗轴。
[0004] 本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种栗轴，所述的栗轴由金属 基复合材料制成，所述的金属基复合材料为三维网络碳化硅/合金钢复合材料，所述合 金钢由以下成分（以质量百分比计）组成：c:0. 15% -0.20%，Si:0· 12% -0· 15%，Μη: 1· 2% -1· 6%，Cr:0· 6-1. 0%，Ti:0· 03-0. 1%，Nb:0· 1-0. 2%，V:0· 002-0. 005%，稀土元 素：0· 05-0.l%，Ni<(λ03%，Cu<(λ03%，P<(λ03%，S<(λ03%，余量为Fe以及不可 避免的杂质元素。
[0005] 本发明采用三维网络碳化硅/合金钢复合材料制成栗轴，SiC和合金钢互为支撑 骨架，充分发挥SiC陶瓷和合金钢两类材料的优点，有效提高了栗轴的高温稳定性、耐磨损 性等。同时，本发明对栗轴中的基体合金钢作了很大的改进。
[0006] 本发明使用的钢中C含量为0. 15% -0. 20%，是一种低碳钢，塑性和韧性较好，淬 透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，所以具有较高的低温冲击韧 性良好的加工性，且加工变形微小，抗疲劳性能相当好。在本发明栗轴合金钢中，若碳含量 过高，会导致钢的心部的韧性下降，所以本发明将C含量为0. 15% -0. 20%，从而保证钢的 心部有足够的塑性和韧性。
[0007] 由于低碳钢的强度和硬度会相对较低，本发明适当增加了Μη的含量，以提高钢的 强度和硬度。同时，本发明的钢中还同时含有Nb和Ti两种微量元素，与Μη元素起协同作 用，共同提高钢的强度和硬度。因为，Nb和Ti两种微量元素不仅可以细化晶粒，还可以得 到更高体积分数的弥散分布（Nb，Ti)(C，N)析出颗粒，因此，可以同时起到细晶强化和弥散 强化的作用。此外，Μη元素与还与钢中含有的Cr、Ni、V三种元素起协同作用，提高钢的淬 透性，从而使钢经渗碳淬火后提高钢的心部的强度和韧性。所以，综合以上两点因素，本发 明提高了Μη元素在钢中的含量，将Μη元素的含量控制在1. 2% -1. 6%范围内。
[0008] 另外，由于本发明的钢在后续需要进行渗碳处理，而渗碳处理后钢的组织粗化，力 学性能也会随之下降。因此，针对此问题，本发明钢中添加有微量的稀土元素，因为，经实验 表明，钢在长时间加热渗碳热处理过程中，加稀土元素具有阻止晶粒长大和提高力学性能 的作用，且效果非常显著，钢的渗碳层的弯曲强度，断裂韧性较高。而且，在钢中添加稀土元 素，还可以提高钢的耐磨性，降低磨损量。
[0009] 作为优选，稀土元素由质量比为（1. 5-2. 0) :1的Sm和Tb组成。添加上述配比范 围的稀土元素，钢在渗碳处理后性能最好，与其它添加方式相比，抗拉强度、屈服强度等要 高8%左右，硬度要高8%左右，韧性要高5%左右，耐磨性要高12%左右。
[0010] 在上述的栗轴中，作为优选，三维网络碳化硅/合金钢复合材料中碳化硅占复合 材料总体积的10-30%。若三维碳化硅在合金钢基体中含量较少，则起不到较好的增强改善 作用，若含量较大，外观变差，综合性能难以得到有效提高。
[0011] 在上述的栗轴中，作为优选，所述的三维网络碳化硅/合金钢复合材料通过如下 方法制得：将Sic利用有机载体浸渍成型和无压烧结技术制备三维网络SiC陶瓷，再于 1120-1180°C下预氧化l-3h，使其在网络陶瓷的表面生成Si02薄膜，然后利用真空-气压铸 造方法制成三维网络碳化硅/合金钢复合材料，SiC占复合材料中最后在1550-1650°C退火 处理2-3h。
[0012] 将SiC制成三维网络SiC陶瓷，再将合金钢引入三维网络SiC中，制得的三维网络 碳化硅/合金钢复合材料可以使SiC和合金钢互为支撑骨架，充分发挥SiC陶瓷和合金钢 两类材料的优点。
[0013]作为优选，真空-气压铸造方法中的真空度为0. 05-0. 08MPa。
[0014]作为优选，网络SiC陶瓷的密度为2. 6-2.8g/cm3,孔隙度达45-55%，平均孔径为 2-4mm，网络筋的直径为l-3mm。
[0015]本发明还涉及一种上述栗轴的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：将上述 的三维网络碳化硅/合金钢复合材料先进行正火处理，然后机械加工成栗轴坯件，最后将 栗轴坯件进行热处理制得栗轴。
[0016]在上述栗轴的制备方法中，所述所述的正火处理为等温正火处理，所述等温正火 处理的温度为920-940°C，保温220-260min，正火处理完成出炉后用1.5KW排风扇降温。正 火处理为等温正火处理，由于本发明栗轴基体合金钢中的碳含量较低，属于低碳钢，切削加 工性不佳，而正火处理可以改善其切削加工性。所以本发明栗轴在成型后经过了正火处理， 改善了钢材的显微组织、消除了残余应力，改善了切削加工性，为随后进行的机械加工做好 准备。而且，本发明钢材采用的是等温正火处理，解决了普通正火处理时由于堆冷存在的堆 内外及其它因素造成的冷却条件相差较大，而导致钢材局部由于冷速过快形成粒贝非平衡 组织，而钢材一些部位由于冷速过慢析出过多先共析铁素体而太软的现象，从而可以获得 均匀组织，将钢材的硬度控制在一定范围内，更利于后续机械加工的进行。
[0017]在上述栗轴的制备方法中，所述的热处理包括渗碳处理、回火处理。由于本发明钢 材的碳含量较低，属于低碳钢，所以使用本发明钢材制备得到的栗轴坯件先进行渗碳处理， 使碳原子渗入到栗轴坯件的表面层，使栗轴坯件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和回火， 使栗轴坯件表面层具有高硬度和耐磨性，而栗轴坯件的心部仍然保持着低碳钢的韧性和塑 性。
[0018] 作为优选，所述的渗碳处理为先升温至890-910 °C，保温70-90min，再降至 880-900 °C，保温30-50min，然后降至820-840 °C，保温20-40min，最后空冷至室温。本发明 热处理中的渗碳处理通过三阶段不同温度下的淬火处理，先消除渗碳层网状碳化物及细化 心部组织，然后改善渗层组织，进一步提高栗轴的硬度和耐磨性。
[0019] 作为优选，所述回火处理的温度为150-180°C，回火处理的时间为100-140min。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 本发明栗轴采用三维网络碳化硅/合金钢复合材料制成，同时具有SiC陶瓷和合 金钢两类材料的优点，且基体合金钢的组成成分及其质量百分比配伍合理，进一步提高了 栗轴的强度、硬度、韧性和耐磨性。此外，本发明栗轴的三维网络碳化硅/合金钢复合材料 经渗碳处理后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性良好的加工 性，栗轴的心部仍然保持着韧性和塑性，因此，制得的栗轴机械性能较好，栗轴硬度HRC达 58-63,层深0. 7-1. 0,大大延长了使用寿命。
【具体实施方式】
[0022] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并 不限于这些实施例。
[0023] 表1 :本发明实施例1-5制备栗轴的材料
[0024]
[0025] 实施例1
[0026] 将SiC制成三维网络SiC陶瓷（网络SiC陶瓷的密度为2. 6-2.8g/cm3,孔隙度达 45-55%，平均孔径为2-4mm，网络筋的直径为l-3mm)，再于1120°C下预氧化3h，在网络陶瓷 的表面生成Si02薄膜，然后利用真空-气压铸造方法（真空度为0. 05MPa)将碳化硅与表1 实施例1中所述的合金钢制成三维网络碳化硅/合金钢复合材料，最后在1650°C退火处理。
[0027] 将上述退火处理后的三维网络碳化硅/合金钢复合材料先进行等温正火处理（温 度为920°C，保温260min)，然后机械加工成栗轴坯件，最后将栗轴坯件进行热处理制得本 发明的栗轴。其中，热处理包括渗碳处理和回火处理，渗碳处理为先升温至890°C，保温 9〇min，再降至880°C，保温50min，然后降至820°C，保温40min，最后空冷至室温；回火处理 的温度为150°C，回火处理的时间为140min。
[0028] 实施例2
[0029] 将SiC制成三维网络SiC陶瓷（网络SiC陶瓷的密度为2. 6-2.8g/cm3,孔隙度达 45-55%，平均孔径为2-4mm，网络筋的直径为l-3mm)，再于1140°C下预氧化2h，在网络陶瓷 的表面生成Si02薄膜，然后利用真空-气压铸造方法（真空度为0. 06MPa)将碳化硅与表1 实施例2中所述的合金钢制成三维网络碳化硅/合金钢复合材料，最后在1580°C退火处理。
[0030] 将上述退火处