CN105154894A - 一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺 - Google Patents

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谢成华
武及峰
李志民
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Abstract

一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，主要解决了现有阀套耐磨性不足、尺寸精度不高，以及寿命低的问题。工艺步骤包括一、去应力退火，二、碳氮共渗，三、淬火处理，四、清洗和干燥，五、冷冻处理，六、回火处理。增强了阀套的耐磨性，提高了阀套的尺寸精度，延长了阀套的使用寿命。

Description

一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种热处理工艺技术领域，特别涉及一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺。
背景技术
高压共轨的阀套(如图1)是车用发动机燃油喷射***的重要零部件，也是一个易损件，它在使用磨损后需要及时地进行更换。它是以滚珠轴承钢(GCr15)材质生产加工制造并装配在共轨喷油器体的油腔内，在车用发动机燃油喷射***中起到控制燃油的一次性喷射量，提升燃油爆燃率的作用。虽然高压共轨阀套的结构相对简单，但由于它在高压(200MPa以上)的工作环境下安装和工作，需要具备有优良的耐磨损、耐高温和耐冲击的特点以及阀套自身尺寸和精度的热稳定性，故要求阀套产品必须应具有可靠性高、使用寿命长、拆卸维护方便等诸多的技术条件。
以滚珠轴承钢(GCr15)材质制造的机械零部件，在轴承行业中应用的最为普遍，对其进行热处理的作用主要是为了提高其硬度和耐热性、耐磨性、在高温状态下工作尺寸和几何形状的稳定性等诸方面的机械性能。现在所采用的热处理工艺路线均为传统的热处理工序流程，即：球化退火-淬火-回火。为防止零部件在热处理的过程中的脱碳，有的工艺又在热处理的炉中加入了保护气体；还有以采用延长回火时间的工艺，以减少滚珠轴承钢材质的零部件在热处理后残余奥氏体的存在；有的以滚珠轴承钢(GCr15)材质制造的产品零件，在热处理的过程中还增加了冷冻处理的过程。但以上所采用的种种热处理原有的工艺技术，对于增加其阀套的耐磨性、尤其是在高温工作状态下对阀套抗磨损性、阀套尺寸和精度的稳定性以及延长使用寿命等各方面，都没有从根本上予以解决。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，增强了阀套的耐磨性，提高了阀套的尺寸精度，延长了阀套的使用寿命。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于包括以下步骤:
步骤一、去应力退火：将高压共轨的阀套的毛坯件用工位器装填在箱式炉中，随炉加热至550±10℃，保温150分钟～180分钟，出炉后空冷至室温；
步骤二、碳氮共渗：将经步骤一处理后的高压共轨的阀套毛坯件放入箱式气体渗碳氮化炉中；所用气体包括丙烷、氨气和甲醇，碳势选择0.85％，共渗温度为860±5℃，共渗时间90分钟；
步骤三、淬火处理：将碳氮共渗后的高压共轨的阀套随炉降温至840±5℃时放入淬火油中冷却，淬火油油温60℃，冷却时间为20分钟；
步骤四、清洗和干燥：经淬火处理后的高压共轨的阀套毛坯件先用3％的金属清洗剂溶液浸泡10分钟,金属清洗剂溶液温度70±10℃，再用3％亚硝酸钠防锈水喷淋清洗5分钟，亚硝酸钠防锈水温度为70±10℃，沥水5分钟后出炉,空冷5-10分钟；
步骤五、冷冻处理：将清洗干净的高压共轨的阀套毛坯件立即装入到深冷恒温箱内进行深冷处理，设定温度为-130℃，冷冻时间不低于60分钟，取出后空冷至室温；
步骤六、回火处理：将冷冻处理后的高压共轨的阀套毛坯件放在回火炉内回火，回火温度260±10℃，回火时间150分钟～180分钟，将高压共轨的毛坯件取出后空冷至室温。
进一步地，步骤一中保温时间为160分钟。
进一步地，步骤二中氨气输入速度为4L/min，丙烷输入速度为10L/min，甲醇输入速度为20L/min。
进一步地，步骤六中回火时间为165分钟。
进一步地，所述的高压共轨的阀套由GCr15材质制作而成。
进一步地，所述的工位器为顶部敞口的处理框，处理框的底部为平面，处理框底部及四周均为镂空结构，所述的工位器由耐高温的不锈钢制成。
进一步地，高压共轨的阀套平铺散放在处理框内。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(l)、由于氮的渗入渗层相变温度降低，因此碳氮共渗能在较低的温度下进行，共渗后奥氏体晶粒不致长大，工件不易过热，便于直接淬火，而且淬火后的变形量小。
(2)、由于氮的催渗作用使渗入速度增加，在相同的温度和时间条件下，碳氮共渗层的深度远大于渗碳层的深度。即在相同的温度条件下,碳氮共渗的速度远远大于渗碳的速度，缩短了热处理的用工时间。碳氮共渗的渗层虽较普通工艺的渗碳层较为薄一些，但在0.3mm-0.5mm的范围之内，能满足高压共轨阀套的使用要求。
(3)、由于氮的渗入降低了渗层的马氏体相变温度，致使淬火后残余奥氏体较多，硬度有所下降。因此，在淬火后又增加了深冷处理，促进奥氏体的进一步转变，使残余奥氏体的保留率在3％以下，极大限度的提高了高压共轨阀套尺寸和形状的热稳定性。
(4)、由于氮的渗入渗层的临界冷却速度降低，提高了渗层的淬透性，使工件能在更低的冷却速度下淬硬表层，并减小淬火变形和开裂倾向。
(5)、产品在碳氮共渗后进行淬火，渗层中出现氮化物和含氮的针状马氏体，可大幅提高产品的耐磨性和抗疲劳强度。
附图说明
图1为阀套的结构示意图；
图2为本发明的热处理工艺曲线图；
图3为本发明处理框的结构示意图；
图4为本发明装炉方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。
如图2所示，该阀套的碳氮共渗热处理工艺主要包括六个步骤，分别为一、去应力退火，二、碳氮共渗，三、淬火处理，四、清洗和干燥，五、冷冻处理，六、回火处理。
具体步骤如下，步骤一、去应力退火：将高压共轨的阀套的毛坯件用工位器装填在箱式炉中，随炉加热至550±10℃，保温150分钟～180分钟，出炉后空冷至室温；
步骤二、碳氮共渗：将经步骤一处理后的高压共轨的阀套毛坯件放入箱式气体渗碳氮化炉中；所用气体包括丙烷、氨气和甲醇，碳势选择0.85％，共渗温度为860±5℃，共渗时间90分钟。渗层相变温度降低，因此碳氮共渗能在较低的温度下进行，共渗后奥氏体晶粒不致长大，工件不易过热，便于直接淬火，而且淬火后的变形量小。渗层深度与渗入速度增加，在相同的温度和时间条件下，碳氮共渗层的深度远大于渗碳层的深度。即在相同的温度条件下,碳氮共渗的速度远远大于渗碳的速度，缩短了热处理的用工时间。碳氮共渗的渗层虽较普通工艺的渗碳层较为薄一些，但在0.3mm-0.5mm的范围之内，能满足高压共轨阀套的使用要求。
步骤三、淬火处理：将碳氮共渗后的高压共轨的阀套随炉降温至840±5℃时放入淬火油中冷却，淬火油油温60℃，冷却时间为20分钟。降低了渗层的马氏体相变温度，致使淬火后残余奥氏体较多，硬度有所下降。因此，在淬火后又增加了深冷处理，促进奥氏体的进一步转变，使残余奥氏体的保留率在3％以下，极大限度的提高了高压共轨阀套尺寸和精度的热稳定性。
步骤四、清洗和干燥：经淬火处理后的高压共轨的阀套毛坯件先用3％的金属清洗剂溶液浸泡10分钟，再用3％亚硝酸钠防锈水喷淋清洗5分钟，沥水5分钟后出炉；
步骤五、冷冻处理：将清洗干净的高压共轨的阀套毛坯件立即装入到深冷恒温箱内进行深冷处理，设定温度为-130℃，冷冻时间不低于60分钟，取出后空冷至室温；
步骤六、回火处理：将冷冻处理后的高压共轨的阀套毛坯件放在回火炉内回火，回火温度260±10℃，回火时间150分钟～180分钟，将高压共轨的毛坯件取出后空冷至室温。
实施例一，优选的，在步骤一中保温时间为160分钟。
实施例二，优选的，在步骤二中氨气输入速度为4L/min，丙烷输入速度为10L/min，甲醇输入速度为20L/min。
实施例三，优选的步骤六中回火时间为165分钟。
进一步地，所述的高压共轨的阀套由GCr15材质制作而成。
进一步地，如图3、图4所示，所述的工位器为顶部敞口的处理框，为保证碳氮共渗的均匀性将处理框的底部为平面，处理框底部及四周均为镂空结构，所述的工位器由耐高温的不锈钢制成，高压共轨的阀套平铺散放在处理框内。
以上热处理工序的各过程均在多用炉自动线上进行，通过电脑预定设置温控和程序化自动操作，工艺参数均可从自动记录仪中得到监控。
用滚珠轴承钢(GCr15)材质生产制造的高压共轨阀套产品，根据设计要求表面硬度应达到HRC57～59，金相显微组织为细针状马氏体(M)+细小碳化物(C)及少量残余奥氏体(A’)。采用本发明热处理工艺的技术方案后，实际控制的表面硬度即可控制在HRC57～59的范围内，完全满足了设计要求；经对金相组织的检查，其马氏体为细针状、隐针状+呈细小均匀分布的碳化物及极少量的残余奥氏体。高压共轨阀套表面的有效硬化层可控制在0.3mm～0.5mm(根据经验分析，表面有效硬化层在低于0.3mm时，耐磨性数值的增加有限；而在表面有效硬化层高于0.5mm时，又有增加脆性的可能)。所以控制在该范围内，其耐热性、耐磨性、在高温状态下工作尺寸和几何形状的稳定性为最佳效果。还有，在通过“深冷处理”后再加上充分的“回火”处理，在500X的显微镜下查看金相组织，其残余奥氏体基本达到了最少的程度。所以，能获得提高耐磨性和抗疲劳强度的有益结果。
上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于包括以下步骤:
步骤一、去应力退火：将高压共轨的阀套的毛坯件用工位器装填在箱式炉中，随炉加热至550±10℃，保温150分钟～180分钟，出炉后空冷至室温；
步骤二、碳氮共渗：将经步骤一处理后的高压共轨的阀套毛坯件放入箱式气体渗碳氮化炉中；所用气体包括丙烷、氨气和甲醇，碳势选择0.85％，共渗温度为860±5℃，共渗时间90分钟；
步骤三、淬火处理：将碳氮共渗后的高压共轨的阀套随炉降温至840±5℃时放入淬火油中冷却，淬火油油温60℃，冷却时间为20分钟；
步骤四、清洗和干燥：经淬火处理后的高压共轨的阀套毛坯件先用3％的金属清洗剂溶液浸泡10分钟,金属清洗剂溶液温度70±10℃，再用3％亚硝酸钠防锈水喷淋清洗5分钟，亚硝酸钠防锈水温度为70±10℃，沥水5分钟后出炉,空冷5-10分钟；
步骤五、冷冻处理：将清洗干净的高压共轨的阀套毛坯件立即装入到深冷恒温箱内进行深冷处理，设定温度为-130℃，冷冻时间不低于60分钟，取出后空冷至室温；
步骤六、回火处理：将冷冻处理后的高压共轨的阀套毛坯件放在回火炉内回火，回火温度260±10℃，回火时间150分钟～180分钟，将高压共轨的毛坯件取出后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：步骤一中保温时间为160分钟。
3.根据权利要求1所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：步骤二中氨气输入速度为4L/min，丙烷输入速度为10L/min，甲醇输入速度为20L/min。
4.根据权利要求1所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：步骤六中回火时间为165分钟。
5.根据权利要求1所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：所述的高压共轨的阀套由GCr15材质制作而成。
6.根据权利要求1所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：所述的工位器为顶部敞口的处理框，处理框的底部为平面，处理框底部及四周均为镂空结构，所述的工位器由耐高温的不锈钢制成。
7.根据权利要求6所述的一种高压共轨的阀套碳氮共渗热处理工艺，其特征在于：高压共轨的阀套平铺散放在处理框内。
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