用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺，包括：排气阶段，将温度加热至900±10℃，将销轴放入渗碳炉后室，通入流量为0.4m3/h的丙烷，流量为3.8L/h的甲醇，流量为4.2m3/h的氮气；在第一预设时间内，将温度回升至850±10℃，保持第二预设时间；在第三预设时间内，将温度升至900±10℃，在碳势为1.03～1.05％C时，将丙烷流量减少至0.3m3/h，保持第四预设时间；渗碳阶段，在900±10℃下，保持丙烷流量不变，控制碳势为1.03～1.05％C，保持第五预设时间；扩散阶段，在900±10℃下，保持第六预设时间；保温阶段，将销轴转移至渗碳炉前室，在第七预设时间内，将温度降至850±10℃，保持第八预设时间；在上述阶段中保持甲醇和氮气流量不变；淬火阶段，油室淬火。
【专利说明】
用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种用于汽油发动机正时链条销轴的气体 渗碳热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 汽油发动机正时链条由链板1、齿片2和销轴3组成，其中如图1所示，销轴3是连接 正时链条上的齿片2和链板1的重要结构件。
[0003] 汽油发动机曲轴输出扭矩需要通过正时链条传递到凸轮轴上，凸轮轴驱动气门开 启和关闭，从而保证汽油发动机正常运转。正时链条在传递过程中需要承受一定的动载荷 和冲击载荷，其上销轴是承受负荷的关键结构件。因此，设计规范要求销轴的表面硬度高， 其心部具有一定的强度和韧性。为满足销轴的设计规范要求，常对销轴用钢(一般采用含碳 量为0.10~0.25%的低碳钢或低碳合金钢)进行渗碳热处理制成渗碳钢。以提高销轴的耐 磨性，延长销轴的使用寿命。
[0004] 目前，常用的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺包括五个阶 段，依次为:排气阶段、渗碳阶段、扩散阶段、保温阶段和淬火阶段;其中，排气阶段、渗碳阶 段和扩散阶段在渗碳炉后室进行;保温阶段在渗碳炉前室进行;淬火阶段在油室进行。每个 阶段具体的工艺参数如图2所示。经过此工艺处理后，渗碳钢销轴的表面层中经常出现非马 氏体组织，通常为一种黑色反常组织屈氏体网（如图3所示），其深度超过技术要求达到 0.16mm，并且渗碳层硬度分布不连续（如图4所示）。对利用此渗碳钢销轴的F4J16四缸汽油 发动机进行500小时台架试验，在正时链条运行到380小时时，出现了暂时停滞，不平顺等异 常现象。影响了 F4J16四缸汽油发动机的正常运转，给整车动力性带来一定的负面影响。经 过失效排查及问题分析，确定是渗碳钢销轴表面工作部位过早(〈500小时）出现不同程度磨 损造成的(如图5中箭头所示）。
[0005] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
[0006] 采用现有的气体渗碳热处理工艺得到的渗碳钢销轴的表面渗碳层中非马氏体组 织的过度出现使渗碳钢销轴的表面硬度降低，从而降低其表层的耐磨性，导致汽油发动机 出现早期磨损失效。
【发明内容】
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳 热处理工艺。技术方案如下，
[0008] -种用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺，包括：
[0009] 排气阶段，先将渗碳炉内的温度加热至900±10°C，之后将所述销轴放入渗碳炉后 室，同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中所述丙烷的流量为〇.4m 3/h，所述甲醇 的流量为3.8L/h，所述氮气的流量为4.2m3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回升 至850 ± KTC，之后保持第二预设时间，使所述销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内 的温度升至900 ±10°C，在渗碳炉后室的碳势为1.03~I. 05%C时，将丙烷的流量减少至 0.3m3/h，保持第四预设时间；
[0010]渗碳阶段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室的 碳势为1.03~1.05%C，保持第五预设时间；
[0011] 扩散阶段，在900±10°c下，保持甲醇和氮气的流量不变，保持第六预设时间；
[0012] 保温阶段，将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，在第七预 设时间内，将渗碳炉内的温度降至850±10°C，并保持第八预设时间；
[0013] 淬火阶段，将所述销轴送入油室淬火。
[0014] 在本发明的一种优选实施方式中，所述扩散阶段中：在900± HTC下，保持甲醇和 氮气的流量不变，减少丙烷的流量，控制渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C，保持第六预 设时间；
[0015] 所述保温阶段中：将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，减 少丙烷的流量，控制渗碳炉前室的碳势为1.03~1.05%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内 的温度降至850±10°C，并保持第八预设时间。
[0016] 在本发明的一种更优选实施方式中，所述扩散阶段中：在900± HTC下，保持甲醇 和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05%C，保持第六预 设时间；
[0017] 所述保温阶段中：将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停 止通入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m 3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为1.03 ~1.05%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850±1 (TC，并保持第八预设时间。
[0018] 在本发明的一种优选实施方式中，所述排气阶段具体为:先将渗碳炉内的温度加 热至900± HTC，之后将所述销轴放入渗碳炉后室，同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和 氮气，其中所述丙烷的流量为〇.4111 3/11，所述甲醇的流量为3.81711，所述氮气的流量为4.2111 3/ h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回升至850±10°C，之后保持第二预设时间，使所 述销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的温度升至900 ± HTC，在渗碳炉后室的碳 势为1.05 % C时，将丙烷的流量减少至0.3m3/h，保持第四预设时间；
[0019] 所述渗碳阶段具体为:在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗 碳炉后室的碳势为1.05%c，保持第五预设时间；
[0020] 所述扩散阶段具体为：在900± HTC下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙 烷，控制渗碳炉后室的碳势为1.04%C，保持第六预设时间；
[0021] 所述保温阶段具体为:将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不 变，停止通入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m 3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势 为1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850±10°C，并保持第八预设时间。
[0022] 在本发明的一种更优选实施方式中，所述排气阶段具体为:先将渗碳炉内的温度 加热至900°C，之后将所述销轴放入渗碳炉后室，同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮 气，其中所述丙烷的流量为〇.4m 3/h，所述甲醇的流量为3.8L/h，所述氮气的流量为4.2m3/h; 在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回升至850°C，之后保持第二预设时间，使所述销轴 烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的温度升至900°C，在渗碳炉后室的碳势为1.05 %C 时，将丙烷的流量减少至〇.3m3/h，保持第四预设时间；
[0023] 所述渗碳阶段具体为:在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉 后室的碳势为1.05%c，保持第五预设时间；
[0024] 所述扩散阶段具体为:在900°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控 制渗碳炉后室的碳势为I .〇4%C，保持第六预设时间；
[0025] 所述保温阶段具体为:将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不 变，停止通入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m 3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势 为1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850°C，并保持第八预设时间。
[0026]在本发明的一种更优选实施方式中，所述第五预设时间为82±5min;所述第六预 设时间23 ± 5min;所述第七预设时间为21 ± IOmin;所述第八预设时间为20 ± 5min。
[0027] 在本发明的一种更优选实施方式中，所述第一预设时间为12~27min;所述第二预 设时间2~6min;所述第三预设时间为10~30min;所述第四预设时间为5~IOmin。
[0028] 在本发明的一种更优选实施方式中，所述第一预设时间为12~27min;所述第二预 设时间5min;所述第三预设时间为IOmin;所述第四预设时间为IOmin;所述第五预设时间为 82min;所述第六预设时间23min;所述第七预设时间为21min;所述第八预设时间为20min。 [0029]在本发明的一种优选实施方式中，所述销轴的材质为20CH氏碳合金钢。
[0030] 在本发明的一种更优选实施方式中，所述油室中的淬火油的温度不高于60°C。
[0031] 本发明实施例提供的技术方案的有益效果是:本发明以丙烷、甲醇和氮气作为渗 碳剂，丙烷作为富化气提供活性碳原子，渗碳热处理的全过程通入甲醇和氮气，在高温下， 甲醇受热分解生成一氧化碳和氢气，一氧化碳、氢气和氮气形成摩尔比为2:4:4的吸热式气 氛(QX)，其中活性碳原子和吸热式气氛的形成原理如下：
[0032]
[0033]
[0034] xC0+2xH2+2xN2 = 2:4:4吸热式气氛(QX)
[0035] 该吸热式气氛作为渗碳时稀释气体，不但有利于实现渗碳炉内碳势的控制，而且 使渗碳炉内的氧化气氛减少，避免内氧化的发生。除此之外，氮气还可以保护销轴，提高其 淬透性，抑制或延后非马氏体的产生。
【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0037] 图1为汽油发动机正时链条的结构示意图；其中，1、链板;2、齿片;3、销轴；
[0038]图2为现有的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺的流程图； [0039]图3为现有技术获得的渗碳钢销轴的金相组织显微照片；
[0040]图4为现有技术获得的渗碳钢销轴的渗碳层硬度分布图；
[0041 ]图5为现有技术获得的渗碳钢销轴表面的磨损图；
[0042]图6为本发明一种实施例提供的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理 工艺流程图；
[0043] 图7为本发明另一种实施例提供的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处 理工艺流程图；
[0044] 图8为利用本发明另一种实施例提供的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳 热处理获得的渗碳钢销轴的金相组织显微照片；
[0045] 图9为本发明另一种实施例提供的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处 理获得的渗碳钢销轴的渗碳层硬度分布图。
【具体实施方式】
[0046] 为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进 一步地详细描述。
[0047]图6为本发明一种实施例提供的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理 工艺流程图。参见图6,该用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺，包括:排气 阶段，先将渗碳炉内的温度加热至900±10°C，之后将汽油发动机正时链条销轴（以下简称 销轴)放入渗碳炉后室，同时向渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中丙烷的流量为0.4m 3/ h，甲醇的流量为3.8L/h，氮气的流量为4.2m3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回 升至850 ± HTC，之后保持第二预设时间，使销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的 温度升至900 ±10 °C，在渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C时，将丙烷的流量减少至 0.3m3/h，保持第四预设时间；渗碳阶段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不 变，控制渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C，保持第五预设时间；扩散阶段，在900 ± 10 °C 下，保持甲醇和氮气的流量不变，保持第六预设时间;保温阶段，将销轴转移至渗碳炉前室， 保持甲醇和氮气的流量不变，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850± HTC，并保 持第八预设时间;淬火阶段，将销轴送入油室淬火。
[0048]渗碳炉内放入销轴，并通入丙烷、甲醇和氮气后，渗碳炉内的温度会降低，通常会 降低到200~300°C，此时需要将渗碳炉内的温度逐渐回升至850± HTC，并保持一定时间使 销轴烧透，即销轴的内外温度相同。由于通入了丙烷、甲醇和氮气，渗碳炉内的氧化气氛(空 气中的氧气、水蒸气等)很快被排除掉，以防止销轴发生内氧化。随着温度的升高，丙烷裂解 生成活性碳原子，渗碳炉内的碳势逐渐增加，直至到达渗碳所需要的浓度1.03~1.05%C， 在该碳势下，活性碳原子在销轴的表面吸收并向内部扩散，形成一定碳浓度梯度的渗碳层。 并且，在高温下，甲醇受热分解生成一氧化碳和氢气，一氧化碳、氢气和氮气形成摩尔比为 2:4:4的吸热式气氛(QX)，该吸热式气氛(QX)作为渗碳时的稀释气体容易实现碳势的控制。 不但如此，在热处理过程中，氮气还能保护销轴防止氧化，氮气中的氮浸入渗碳层中，降低 了钢的相变点和临界冷却速率，提高其淬透性，油冷淬火后，在销轴表面形成具有一定深度 的马氏体，抑制或延后非马氏体的产生，提高了销轴表面硬度，从而增强了销轴的耐磨性， 延长了销轴的使用寿命。此外，若对获得的渗碳钢销轴进行进一步回火处理的话，氮气还可 以在淬火阶段后的回火阶段中，提高渗碳层的回火抗力，提高回火温度，以减少渗碳层的脆 性。
[0049]利用本发明的气体渗碳热处理工艺处理后获得的渗碳钢销轴的表面硬度为650~ 825HV，心部硬度400~525HV，硬化层深度为0.40~0.60mm，非马氏体组织层深度彡 0.015mm，符合销轴设计规范要求。
[0050] 需要说明的是，第一预设时间为渗碳炉放入销轴和通入丙烷、甲醇和氮气后先降 温后升温至850 ± 10 °C所需要的时间。
[0051] 在实际应用中，在本发明技术方案中的渗碳阶段以后，作为富化气的丙烷过多，不 能进入销轴内部的活性碳原子在销轴表面容易产生石墨析出。为了防止析出石墨，作为本 发明的一种优选实施方式，扩散阶段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，减少 丙烷的流量，控制渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05%C，保持第六预设时间;保温阶段中：将 销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，减少丙烷的流量，控制渗碳炉前室的 碳势为1.03~1.05%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850 ± 10°C，并保持第八 预设时间。活性碳原子深入到销轴内，到达一定深度后不再进行渗碳，减少富化气丙烷的流 量，将渗碳炉内的碳势控制在1.03~1.05%C，防止碳势过低时销轴的渗碳层脱碳或者碳势 过高时在销轴表面形成石墨。
[0052]作为本发明的一种更优选实施方式，扩散阶段中：在900± HTC下，保持甲醇和氮 气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C，保持第六预设时 间;保温阶段中：将销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，并 向渗碳炉内通入流量为〇.2m 3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为1.03~1.05%C，在第七 预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850±10°C，并保持第八预设时间。停止通入富化气丙 烷，更容易控制渗透炉内的碳势，从而有效防止销轴的渗碳层脱碳和活性碳原子在销轴表 面以石墨形式析出。并且在保温阶段通入氨气，氨气受热分解为氮气和氢气，可进一步保护 销轴不被氧化，进一步提高销轴的淬透性，抑制或延后非马氏体的产生。
[0053]在本发明的技术方案中，可以通过更精准地控制碳势来强化该气体渗碳热处理工 艺，以获得具有更好耐磨性的渗碳钢销轴。具体的实施方法为:排气阶段具体为:先将渗碳 炉内的温度加热至900±10°C，之后将销轴放入渗碳炉后室，同时向渗碳炉内通入丙烷、甲 醇和氮气，其中丙烷的流量为〇. 4m3/h，甲醇的流量为3.8L/h，氮气的流量为4.2m3/h;在第一 预设时间内，将渗碳炉内的温度回升至850±10°C，之后保持第二预设时间，使销轴烧透;再 在第三预设时间内，将渗碳炉内的温度升至900 ± 10°C，在渗碳炉后室的碳势为1.05%C时， 将丙烷的流量减少至〇.3m3/h，保持第四预设时间；渗碳阶段具体为:在900±10°C下，保持 丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室的碳势为1.05%C，保持第五预设时间；扩散 阶段具体为:在900 ± KTC下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗碳炉后室 的碳势为1.04%C，保持第六预设时间;保温阶段具体为:将销轴转移至渗碳炉前室，保持甲 醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，并向渗碳炉内通入流量为〇. 2m3/h的氨气，控制渗碳 炉前室的碳势为1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850 ± 10°C，并保持第 八预设时间。
[0054]在本发明的技术方案中，还可以通过更精准地控制渗透炉内的温度来强化该气体 渗碳热处理工艺，以获得具有更好耐磨性的渗碳钢销轴。具体的实施方法为:如图7所示，排 气阶段具体为:先将渗碳炉内的温度加热至900°C，之后将销轴放入渗碳炉后室，同时向渗 碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中丙烷的流量为〇.4m 3/h，甲醇的流量为3.8L/h，氮气的流 量为4.2m3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回升至850°C，之后保持第二预设时 间，使销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的温度升至900°C，在渗碳炉后室的碳势 为1.05%C时，将丙烷的流量减少至0.3m3/h，保持第四预设时间;渗碳阶段具体为:在900°C 下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室的碳势为1.05%C，保持第五预设时 间；扩散阶段具体为:在900°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗碳炉 后室的碳势为1.04%C，保持第六预设时间;保温阶段具体为:将销轴转移至渗碳炉前室，保 持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，并向渗碳炉内通入流量为〇.2m 3/h的氨气，控制 渗碳炉前室的碳势为1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850°C，并保持第 八预设时间。
[0055]为了使销轴表面获得一定深度的渗碳层，从而使销轴表面具有一定的硬度，进而 使获得的渗碳钢销轴在实际使用时具有更好的耐磨性，本发明又对每个阶段的处理时间进 行了优化，具体为:第五预设时间为82 ± 5min，优选地，82min;第六预设时间23 ± 5min，优选 地，23min;第七预设时间为21 ± IOmin，优选地，21min;第八预设时间为20 ± 5min，优选地， 20min。在此处理时间范围，获得的渗碳钢销轴的硬度更好，耐磨性更好，使用寿命更长。 [0056]此外，排气阶段的处理温度也很重要，第一预设时间为12~27min，渗碳炉的降温 也升温速率过快会使销轴发生形变，为了防止销轴发生形变，通常将第一预设时间设定在 12~27min;第二预设时间2~6min，优选地，5min，使销轴内外表面的温度一致，即为本领域 技术所说的烧透;第三预设时间为10~30min，优选地，IOmin;第四预设时间为5~IOmin，优 选地，lOmin。对于排气阶段各时间的限定，不但是为了使销轴逐渐适应高温环境，不发生形 变，还为了使丙烷充分裂解生成活性碳原子，使渗碳炉内的碳势达到要求，即碳势在1.03~ 1.05%C范围内。
[0057]本发明的技术方案适用于低碳钢或低碳合金钢材质的销轴，优选销轴的材质为 20、20Cr或20CrMnTi，更优选为，销轴的材质为20Cr低碳合金钢。
[0058]经过淬火处理后销轴的表面形成马氏体，即获得了最终产品一渗碳钢销轴，本领 域技术人员可以理解的是，在淬火阶段，对于油室中淬火油的温度也是有限制的，一般淬火 油的温度不超过60°C，高于60°C影响销轴的淬透性，优选为20~30°C，低于20°C，销轴容易 发生开裂。对于淬火油的种类，本发明不作具体限定，本领域技术人员可从市售的淬火油中 选择。
[0059]下面以F4J16四缸汽油发动机的正时链条上的20Cr低碳合金钢销轴为例，对本发 明实施例的技术方案作进一步详细说明。
[0060] 材料和仪器
[0061 ] 3只F4J16四缸汽油发动机的正时链条上的20Cr低碳合金钢销轴（长11.6mmX 0 3.Omm)
[0062]实验所用仪器：
[0063] 1、气体渗碳热处理设备:选择上海易普森（IPSON)公司的密封箱式炉渗碳(淬火） 炉。
[0064] 2、金相分析设备:德国蔡司生产的Axio Imager.Alm正置式金相显微镜。
[0065] 3、硬度和硬化层深度测试设备:选择德国Zwick/Roell生产的ZHV全自动维氏硬度 计。
[0066] 对3只20CH氏碳合金钢销轴进行以下操作(如图7所示）：
[0067]先将渗碳炉内的温度加热至900°C，之后将20Cr低碳合金钢销轴放入渗碳炉后室， 同时向渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中丙烷的流量为〇.4m3/h，甲醇的流量为3.8L/h， 氮气的流量为4.2m3/h;在25min内，将渗碳炉内的温度回升至850°C，之后保持5min，使销轴 烧透;再在IOmin内，将渗碳炉内的温度升至900°C，在渗碳炉后室的碳势为1.05 %C时，将丙 烧的流量减少至0.3m3/h，保持IOmin;
[0068]在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室的碳势为1.05% C，保持 82min;
[0069] 在900°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗碳炉后室的碳势 为1.04%(：，保持2311^11;
[0070] 将20Cr低碳合金钢销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通 入丙烷，并向渗碳炉内通入流量为〇. 2m3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为1.04 % C，在第 21min内，将渗碳炉内的温度降至850°C，并保持20min;
[0071] 将20Cr低碳合金钢销轴送入油室淬火，淬火油的温度为25°C。
[0072]获得3只20Cr渗碳钢销轴，随时选取一只，进行分析测定，结果如下：
[0073] 1、金相组织分析
[0074] 如图8所示20Cr渗碳钢销轴表面未见黑色反常组织屈氏体网，表面非马氏体组织 层深度仅〇. 〇〇5mm，符合产品规定的技术要求。
[0075] 2、表面硬度和硬化层深度测试
[0076] 如图9所示，硬化层深度0.45mm，并且硬度梯度冲表明到心部呈连续递减分布。销 轴表层硬度为752HV，心部硬度为505HV，符合产品规定的技术要求。
[0077] 需要说明的是，对于(63.Omm销轴硬化层深度定义是维氏硬度从表面测量到硬度 为530HV作为界限处的距离。
[0078] 3、500小时台架试验
[0079]在F4J16四缸汽油发动机500小时台架试验中，结果正常，试验通过;试验后对销轴 检查分析，销轴表面未出现早期磨损，保证F4J16四缸汽油发动机正常运转，确保了整车的 动力性。
[0080]由上述实施例可知，利用本发明的用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处 理工艺处理的销轴，表面硬度为650~825HV，心部硬度400~525HV，硬化层深度为0.40~ 0.60mm，非马氏体组织层深度< 0.015mm，皆符合销轴设计规范要求。
[0081]以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制 本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于汽油发动机正时链条销轴的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，包括： 排气阶段，先将渗碳炉内的温度加热至900±10°c，之后将所述销轴放入渗碳炉后室， 同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中所述丙烷的流量为〇.4m3/h，所述甲醇的 流量为3.8L/h，所述氮气的流量为4.2m3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回升至 850± 10°C，之后保持第二预设时间，使所述销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的 温度升至900 ±10 °C，在渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C时，将丙烷的流量减少至 0.3m3/h，保持第四预设时间； 渗碳阶段，在900±10°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室的碳势 为1.03~1.05%C，保持第五预设时间； 扩散阶段，在900±10°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，保持第六预设时间； 保温阶段，将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，在第七预设时 间内，将渗碳炉内的温度降至850± 10°C，并保持第八预设时间； 淬火阶段，将所述销轴送入油室淬火。2. 如权利要求1所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于， 所述扩散阶段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，减少丙烷的流量，控制 渗碳炉后室的碳势为1.03~1.05 % C，保持第六预设时间； 所述保温阶段中：将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，减少丙 烷的流量，控制渗碳炉前室的碳势为1.03~1.05 %C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温 度降至850±10°C，并保持第八预设时间。3. 如权利要求2所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于， 所述扩散阶段中：在900±10°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗 碳炉后室的碳势为1.03~1.05%C，保持第六预设时间； 所述保温阶段中：将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通 入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为1.03~ 1.05%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850±10°C，并保持第八预设时间。4. 如权利要求3所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于， 所述排气阶段具体为:先将渗碳炉内的温度加热至900± 10°C，之后将所述销轴放入渗 碳炉后室，同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中所述丙烷的流量为〇.4m3/h，所 述甲醇的流量为3.8L/h，所述氮气的流量为4.2m 3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温 度回升至850±10°C，之后保持第二预设时间，使所述销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗 碳炉内的温度升至900±10°C，在渗碳炉后室的碳势为1.05%C时，将丙烷的流量减少至 0.3m3/h，保持第四预设时间； 所述渗碳阶段具体为:在900 ± 10°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉 后室的碳势为1 .〇5%C，保持第五预设时间； 所述扩散阶段具体为:在900 ± 10°C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控 制渗碳炉后室的碳势为1 .〇4%C，保持第六预设时间； 所述保温阶段具体为:将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停 止通入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为 1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850± 10°C，并保持第八预设时间。5. 如权利要求4所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于， 所述排气阶段具体为:先将渗碳炉内的温度加热至900°C，之后将所述销轴放入渗碳炉 后室，同时向所述渗碳炉内通入丙烷、甲醇和氮气，其中所述丙烷的流量为〇.4m3/h，所述甲 醇的流量为3.8L/h，所述氮气的流量为4.2m 3/h;在第一预设时间内，将渗碳炉内的温度回 升至850°C，之后保持第二预设时间，使所述销轴烧透;再在第三预设时间内，将渗碳炉内的 温度升至900°C，在渗碳炉后室的碳势为1.05%C时，将丙烷的流量减少至0.3m 3/h，保持第 四预设时间； 所述渗碳阶段具体为:在900°C下，保持丙烷、甲醇和氮气的流量不变，控制渗碳炉后室 的碳势为1.05 % C，保持第五预设时间； 所述扩散阶段具体为:在900 °C下，保持甲醇和氮气的流量不变，停止通入丙烷，控制渗 碳炉后室的碳势为1 .〇4%C，保持第六预设时间； 所述保温阶段具体为:将所述销轴转移至渗碳炉前室，保持甲醇和氮气的流量不变，停 止通入丙烷，并向所述渗碳炉内通入流量为〇.2m3/h的氨气，控制渗碳炉前室的碳势为 1.04%C，在第七预设时间内，将渗碳炉内的温度降至850°C，并保持第八预设时间。6. 如权利要求1至5任一项所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，所述第五预设时 间为82 ± 5min;所述第六预设时间23 ± 5min;所述第七预设时间为21 ± lOmin;所述第八预 设时间为20±5min。7. 如权利要求6所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，所述第一预设时间为12~ 27min;所述第二预设时间2~6min;所述第三预设时间为10~30min;所述第四预设时间为5 ~10min〇8. 如权利要求7所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，所述第一预设时间为12~ 27min;所述第二预设时间5min;所述第三预设时间为lOmin;所述第四预设时间为lOmin;所 述第五预设时间为82min;所述第六预设时间23min;所述第七预设时间为21min;所述第八 预设时间为20min。9. 如权利要求1所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，所述销轴的材质为20CH氐碳 合金钢。10. 如权利要求1至5任一项所述的气体渗碳热处理工艺，其特征在于，所述油室中的淬 火油的温度不高于60 °C。
【文档编号】C23C8/22GK106086771SQ201610652116
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610652116.2, CN 106086771 A, CN 106086771A, CN 201610652116, CN-A-106086771, CN106086771 A, CN106086771A, CN201610652116, CN201610652116.2
【发明人】杨当友, 陈光跃, 王太海, 陈云霞, 李鼐一
【申请人】奇瑞汽车股份有限公司