一种船用曲轴的离子氮化工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及金属热处理工艺技术领域，尤其是一种船用曲轴的离子氮化工艺。
【背景技术】
[0002] 船用方面曲轴是柴油发动机直接与螺旋奖轴联结而传递推进力的。曲轴经氮化处 理后，其硬度、耐磨性、抗疲劳、抗腐蚀等性能能够大幅提升，因此是曲轴热处理的重要环节 之一。离子渗氮又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。
[0003] 由于等离子促进了扩散过程，比常用的化学热处理工艺有更多的优点，因而等离 子氮化近年来得到了大规模的发展，其中最主要的工艺问题之一是使工件，特别是大工件， 在热处理容器内得到的溫度均匀性。
[0004] 现有的离子氮化炉，是将曲轴放置在炉腔内的阴极盘上，使曲轴在辉光覆盖区内 进行氮化，而运种方式造成曲轴与阴极盘接触的位置成为辉光薄弱区，辉光薄弱区的溫度 明显低于中屯、溫度，而溫度是影响曲轴氮化效果的重要因素，因此曲轴轴颈氮化效果差，曲 轴整体氮化不均匀，达不到采用离子渗氮工艺提高曲轴机械性能的效果。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术中的不足，提供一种氮化溫度均匀、 氮化工艺简单的船用曲轴的离子氮化工艺。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0007] -种船用曲轴的离子氮化工艺，包括W下步骤：
[000引（1)用有机溶剂对曲轴铸件进行清洗，去除表面的油污和杂质，干燥后，对曲轴铸 件表面加 W憐酸儘皮膜处理；
[0009] (2)将步骤(1)中处理后的曲轴组件放置在曲轴专用氮化炉中，在阴极底盘上沿圆 周按内、中、外=层均匀摆放40根曲轴;氮化炉的阴阳极分别挂放混合稀±合金；
[0010] (3)除去炉中空气，往氮化炉内通入无水氨气，然后通过辉光放电清理曲轴表面残 留的污物，当炉中氨气含量达到90% W上时，再加热进行保溫氮化处理；
[0011] (4)将氮化炉升溫，分两阶段保溫氮化：
[001 ^ a.第一次升溫保溫稳定化阶段：点弧升溫，控制升溫速度V为2.5 °C/min，炉内压力 为50-130MPa，当氮化炉内的溫度达到300°C时控制氨气的流量为0.351/min，继续升溫至 450°C并在此溫度下保溫1.化；
[0013] b.第二次升溫氮化阶段:继续升溫，逐渐加大氨气的通气速度至0.6-0.7 Vmin，控 制升溫速度V为1.5°C/min，当溫度升至400-480°C时，往氮化炉内通入氨气、二氧化碳的混 合气体，氨气和二氧化碳的体积比为8:1，氨气的通气速度为0.72-0.別/min,二氧化碳的通 气速度为0.09-0.1 Vmin;继续升溫，控制升溫速度为rC/min，当溫度升至525-535 °C后，调 节氨气的通气速度为1.0-1.11/min，二氧化碳的通气速度为0.1-0.111/min，保溫化，保溫 气压为660-680MPa，然后停止加热，自然冷却至180-200°C，充气开炉。
[0014] 进一步的，所述憐酸儘皮膜处理如下：采用浸溃法在曲轴铸件表面涂覆一层厚度 为5-15皿的憐酸儘皮膜，然后涂覆一层石墨。
[0015] 进一步的，所述步骤(2)中稀±合金的百分含量组成为:La42-45%，Ce50-53%，其 与为Al、Cr和Mo。
[0016] 进一步的，稀±合金的百分含量组成为：La43%，Ce52%，A12.4%，Crl.6%和 Mol%。
[0017] 进一步的，所述离子氮化工艺还包括对曲轴铸件的负压清洗操作，所述负压清洗 操作步骤如下:将曲轴铸件浸泡在汽油里4-6min，使曲轴铸件表面油污杂质溶于汽油中，然 后依次用毛刷、干布和压缩空气对铸件表面进行清洁处理，最后将曲轴铸件置于氮化炉内， 利用氮化炉内的余溫加热，将氮化炉抽真空至0.15MPa，在炉中放置4-化后通入空气，开炉 取件，再次用干布措干表面的油污即可。
[0018] 采用本发明的技术方案的有益效果是：
[0019] 本发明的船用曲轴的离子氮化工艺处理后，可获得均匀的氮化层，且无烧伤、跳动 < 0.02mm，其氮化层> 0.12mm，化合层> 0.02mm，氮化层偏差< 0.03mm，HVO. 1 > 500，轴颈跳 动< 0.02mm;完全符合国家机械行业标准，能显著提高曲轴的耐磨性及抗疲劳强度，本发明 的工艺流程简单，生产安全，整炉氮化效果一致，达到氮化要求，提高了产品合格率。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0021] 实施例1
[0022] -种船用曲轴的离子氮化工艺，包括W下步骤：
[0023] (1)用有机溶剂对曲轴铸件进行清洗，去除表面的油污和杂质，干燥后，对曲轴铸 件表面加 W憐酸儘皮膜处理;所述憐酸儘皮膜处理如下:采用浸溃法在曲轴铸件表面涂覆 一层厚度为如m的憐酸儘皮膜，然后涂覆一层石墨；
[0024] (2)将步骤(1)中处理后的曲轴组件放置在曲轴专用氮化炉中，在阴极底盘上沿圆 周按内、中、外S层均匀摆放40根曲轴;氮化炉的阴阳极分别挂放混合稀±合金;其中，稀± 合金的百分含量组成为:La42%，Ce50%，其与为Al、Cr和Mo;
[0025] (3)除去炉中空气，往氮化炉内通入无水氨气，然后通过辉光放电清理曲轴表面残 留的污物，当炉中氨气含量达到90% W上时，再加热进行保溫氮化处理；
[00%] (4)将氮化炉升溫，分两阶段保溫氮化：
[0027] a.第一次升溫保溫稳定化阶段:点弧升溫，控制升溫速度V为2.5°C/min，炉内压力 为50MPa，当氮化炉内的溫度达到300°C时控制氨气的流量为0.351/min，继续升溫至450°C 并在此溫度下保溫1.化；
[00%] b.第二次升溫氮化阶段:继续升溫，逐渐加大氨气的通气速度至0.6 Vmin，控制升 溫速度V为1.5°C/min，当溫度升至400°C时，往氮化炉内通入氨气、二氧化碳的混合气体，氨 气和二氧化碳的体积比为8:1，氨气的通气速度为0.721/min，二氧化碳的通气速度为 0.091/min;继续升溫，控制升溫速度为rC/min，当溫度升至525°C后，调节氨气的通气速度 为1.01/min，二氧化碳的通气速度为0.11/min，保溫化，保溫气压为660MPa，然后停止加热， 自然冷却至180°C，充气开炉；
[0029] 优选的，所述离子氮化工艺还包括对曲轴铸件的负压清洗操作，所述负压清洗操 作步骤如下:将曲轴铸件浸泡在汽油里4min，使曲轴铸件表面油污杂质溶于汽油中，然后依 次用毛刷、干布和压缩空气对铸件表面进行清洁处理，最后将曲轴铸件置于氮化炉内，利用 氮化炉内的余溫加热，将氮化炉抽真空至0.15MPa，在炉中放置4h后通入空气，开炉取件，再 次用干布措干表面的油污即可。
[0030] 实施例2
[0031] -种船用曲轴的离子氮化工艺，包括W下步骤：
[0032] (1)用有机溶剂对曲轴铸件进行清洗，去除表面的油污和杂质，干燥后，对曲轴铸 件表面加 W憐酸儘皮膜处理;所述憐酸儘皮膜处理如下:采用浸溃法在曲轴铸件表面涂覆 一层厚度为祉m的憐酸儘皮膜，然后涂覆一层石墨；
[0033] (2)将步骤(1)中处理后的曲轴组件放置在曲轴专用氮化炉中，在阴极底盘上沿圆 周按内、中、外=层均匀摆放40根曲轴；氮化炉的阴阳极分别挂放混合稀±合金;稀±合金 的百分含量组成为:1曰43.5%，〔651.5%，其与为41、化和齡；
[0034] (3)除去炉中空气，往氮化炉内通入无水氨气，然后通过辉光放电清理曲轴表面残 留的污物，当炉中氨气含量达到90% W上时，再加热进行保溫氮化处理；
[0035] (4)将氮化炉升溫，分两阶段保溫氮化：
[0036] a.第一次升溫保溫稳定化阶段:点弧升溫，控制升溫速度V为2.5°C/min，炉内压力 为70MPa，当氮化炉内的溫度达到300°C时控制氨气的流量为0.351/min，继续升溫至450°C 并在此溫度下保溫1.化；
[0037] b.第二次升溫氮化阶段:继续升溫，逐渐加大氨气的通气速度至0.65 Vmin，控制 升溫速度V为1.5°C/min，当溫度升至430°C时，往氮化炉内通入氨气、二氧化碳的混合气体， 氨气和二氧化碳的体积比为8:1，氨气的通气速度为0.721/min，二氧化碳的通气速度为 0.091/min;继续升溫，控制升溫速度为rC/min，当溫度升至530°C后，调节氨气的通气速度 为1.01/min，二氧化碳的通气速度为0.11/min，保溫化，保溫气压为670MPa，然后停止加热， 自然冷却至185°C，充气开炉；
[0038] 优选的，所述离子氮化工艺还包括对曲轴铸件的负压清洗操作，所述负压清洗操 作步骤如下:将曲轴铸件浸泡在汽油里5min，使曲轴铸件表面油污杂质溶于汽油中，然后依 次用毛刷、干布和压缩空气对铸件表面进行清洁处理，最后将曲轴铸件置于氮化炉内，利用 氮化炉内的余溫加热，将氮化炉抽真空至0.15MPa，在炉中放置化后通入空气，开炉取件，再 次用干布措干表面的油污即可。
[0039] 实施例3
[0040] -种船用曲轴的离子氮化工艺，包括W下步骤：
[0041] (1)用有机溶剂对曲轴铸件进行清洗，去除表面的油污和杂质，干燥后，对曲轴铸 件表面加 W憐酸儘皮膜处理;所述憐酸儘皮膜处理如下:采用浸溃法在曲轴铸件表面涂覆 一层厚度为IOwii的憐酸儘皮膜，然后涂覆一层石墨；
[0042] (2)将步骤(1)中处理后的曲轴组件放置在曲轴专用氮化炉中，在阴极底盘上沿圆 周按内、中、外=层均匀摆放40根曲轴；氮化炉的阴阳极分别挂放混合稀±合金;稀±合金 的百分含量组成为:La43%，Ce52% ,A12.4%，Crl .6%和Mol% ;
[0043] (3)除去炉中空气，往氮化炉内通入无水氨气，然后通过辉光放电清理曲轴表面残 留的污物，当炉中氨气含量达到90% W上时，再加热进行保溫氮化处理；
[0044] (4)将氮化炉升溫，分两阶段保溫氮化：
[0045] a.第一次升溫保溫稳定化阶段