CN105583589A

CN105583589A - 一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造工艺

Info

Publication number: CN105583589A
Application number: CN201410571128.3A
Authority: CN
Inventors: 张明
Original assignee: Wuxi Huaye Iron & Steel Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huaye Iron & Steel Co Ltd
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-05-18

Abstract

本发明公开了一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造工艺。该方法属于粉末冶金与防腐处理综合技术领域，该活塞通过如下工序实现：对棒料进行正火处理—粉末冶金制造毛坯—完全退火—机加工—盐浴淬火—表面化学处理—表面化学处理—沉积处理—抛光处理—表面涂层。该制造方法制得的活塞在高温高压下不变形，不仅表面硬度高耐磨性好且抗弯曲能力强，疲劳轻度高，而且心部韧性好，使用寿命长，工作可靠性高，由于坯料采用粉末冶金制得，因此耐高温性好，结构更合理，耐磨性好，良好机械性能，密封性好，抗腐蚀性能、抗氧化性好。

Description

一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造工艺

技术领域

该方法属于粉末冶金与防腐处理综合技术领域，涉及38CrMnAl钢及其活塞。尤其是一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造方法。

背景技术

现有活塞是金属、实芯结构，由于轴的工作表面为金属材质，所以长时间工作在液体环境中，轴的表面极容易受到磨损和腐蚀，这种情况大大影响活塞的工作效率和产品质量。各行业液压设备所使用的液压活塞缸用活塞一般为实心黑色金属，铸铁活塞表面硬度低，不耐磨，使用期间容易在其表面出现划伤；随着科学技术进步，尽管采用一些防腐蚀的办法如在金属轴表面喷涂或涂镀材料，但由于只在金属轴表现涂覆一层非金属材料，非金属涂层只是通过喷涂的方法涂覆在金属轴的表面，这样不但要求喷涂的非金属材料不能过厚，并且非金属涂层与金属轴之间的连接不牢固而脱离，轴在工作的时候很容易将非金属涂层摩掉，所以这种轴的防腐蚀和耐磨的效果并不理想，有的甚至工作一个月左右就得更换一次轴，这即增加了劳动强度，又增加了成本消耗，造成了人力物力的浪费，降低了工作效率。现有的活塞一般靠冲压一次成型，其活塞体所用材料大，成本高.特别是磨损后的活塞需要整体更换，因此造成材料浪费。球墨铸铁活塞性能虽有一定改善，也无法根本解决问题。以上几种材质的活塞均存在重量重，材料浪费严重和成本高等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造方法。

本发明设计了一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造方法，该活塞材料主要包括了下列元素的百分比含量：Mn0.8％-1.1％，C0.2％-0.5％，Si1.5％-2.3％，Cr0.7％-1.2％，Al1.3％-1.8％,Mo0.12％-0.57％,Sn0.01％-0.56％，Ni<0.003％,Ti<0.02％,S<0.03％,V0.01％-0.04％,其余为铁及其杂质。优选Mn0.9％-1.0％，C0.3％-0.4％，Si1.6％-2.1％，Cr0.8％-1.1％，Al1.4％-1.6％,Mo0.18％-0.51％,Sn0.08％-0.51％，Ni<0.003％,Ti<0.02％,S<0.03％,V0.01％-0.04％,采用了下列的加工工艺：(1)对用于制坯料的棒料进行正火处理，即将其加热到990-1120℃，保温2-3h使得钢材的组织完全奥氏体化后在空气中均匀冷却，(2)将正火处理后的棒料用注射成形机注入模腔，所加压力为27-32Mp，对压制成型的活塞坯料进行烧结，烧结温度为：1150-1250℃，烧结时间为：40-50分钟，烧结气氛为真空，在烧结结束时通入通入氢气且加压6-8Mp，在空气中缓慢冷却，(3)对活塞毛坯进行去应力处理，将其加热到1000-1100℃，保温2-3h，炉中缓慢冷却到500℃，再快速水冷，(4)对活塞表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入煤油等渗碳剂，将温度加热到800-860℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,(5)将碳氮共渗后的活塞进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，之后采用无氧加热进行模膛精锻，(6)将经过精加工的活塞进行盐浴淬火，将其加热到680-750℃后保温2-4h在盐水中快速冷却，再进行低温回火，回火温度为：150-250℃，保温2-4h，空冷，硬度为58-60HRC，(7)对淬火处理后的活塞进行沉积处理，将活塞置于通有氨气的炉内，加热到1000-1120℃，以氢气为载体将CH₄带入反应器，将TiC沉积在活塞表面，(8)对活塞进行表面抛光处理，去除化学处理事留下的残渣，(9)对经过抛光后的活塞进行防腐处理，将氧化镁、硅酸盐，水玻璃，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，将其涂于钢材表面，涂层厚度为40-50μm，其中，10％-20％的氧化镁，15-25％的硅酸盐水，水玻璃10％，其余为水，然后将钢材放于300-400℃下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜，达到防腐防锈的目的。

本发明优点为首先对钢料进行正火处理，使得在制坯前调整了钢坯的硬度，细化了组织并且网状碳化物消除并且通过上述工艺得到的活塞组织致密、耐磨损、重量轻、成本低，可节约大量原材料，特别是对大型活塞节约材料尤为明显。对配置的粉料进行退火处理，不仅降低了杂质的含量，提高粉末纯度，同时消除了粉末在加工过程中的加工硬化，提高了粉末的压缩性。气体氮碳共渗和表面沉积处理，使金属表面形成一层以ε-F_2-3N和γ-Fe₄N为主的白亮层,该组织具有很高的硬度，起到耐磨作用，疲劳轻度和耐腐蚀性。钢铁材制品表面产生一隔离层，确实具有无污染、简化制程及节省成本的特点，且处理后的隔离层具有较佳的质感，以突破传统化学有毒原料或染料以达到金属表面处理的过程，是一种理想的除锈防锈新力法。

具体实施方式

实施例一

设计了一种活塞的加工成形制造方法，该活塞材料为38CrMnAl钢，主要包括了下列元素含量：Mn0.8％，C0.2％，Si1.5％，Cr0.7％％，Al1.3％,Mo0.12％,Sn0.01％，Ni<0.003％,Ti<0.02％,S<0.03％,V0.01％-0.04％,其余为铁及其杂质，采用了下列的加工工艺：(1)对用于制坯料的棒料进行正火处理，即将其加热到990℃，保温2h使得钢材的组织完全奥氏体化后在空气中均匀冷却，(2)将正火处理后的棒料用注射成形机注入模腔，所加压力为27Mp，对压制成型的活塞坯料进行烧结，烧结温度为：1150℃，烧结时间为：40分钟，烧结气氛为真空，在烧结结束时通入通入氢气且加压6Mp，在空气中缓慢冷却，(3)对活塞毛坯进行去应力处理，将其加热到1000℃，保温2h，炉中缓慢冷却到500℃，再快速水冷，(4)对活塞表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入煤油等渗碳剂，将温度加热到800℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,(5)将碳氮共渗后的活塞进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，之后采用无氧加热进行模膛精锻，(6)将经过精加工的活塞进行盐浴淬火，将其加热到680℃后保温2h在盐水中快速冷却，再进行低温回火，回火温度为：150℃，保温2h，空冷，硬度为58HRC，(7)对淬火处理后的活塞进行沉积处理，将活塞置于通有氨气的炉内，加热到1000℃，以氢气为载体将CH₄带入反应器，将TiC沉积在活塞表面，(8)对活塞进行表面抛光处理，去除化学处理事留下的残渣，(9)对经过抛光后的活塞进行防腐处理，将氧化镁、硅酸盐，水玻璃，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，将其涂于钢材表面，涂层厚度为40μm，其中，10％％的氧化镁，15％的硅酸盐水，水玻璃10％，其余为水，然后将钢材放于3000℃下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜。

实施例二

设计了一种活塞的加工成形制造方法，该活塞材料为38CrMnAl钢，主要包括了下列元素含量：Mn1.1％，C0.5％，Si2.3％，Cr1.2％，Al1.8％,Mo0.57％,Sn0.56％，Ni<0.003％,Ti<0.02％,S<0.03％,V0.01％-0.04％,其余为铁及其杂质，采用了下列的加工工艺：(1)对用于制坯料的棒料进行正火处理，即将其加热到1120℃，保温3h使得钢材的组织完全奥氏体化后在空气中均匀冷却，(2)将正火处理后的棒料用注射成形机注入模腔，所加压力为32Mp，对压制成型的活塞坯料进行烧结，烧结温度为：1250℃，烧结时间为：50分钟，烧结气氛为真空，在烧结结束时通入通入氢气且加压8Mp，在空气中缓慢冷却，(3)对活塞毛坯进行去应力处理，将其加热到1100℃，保温3h，炉中缓慢冷却到500℃，再快速水冷，(4)对活塞表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入煤油等渗碳剂，将温度加热到860℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,(5)将碳氮共渗后的活塞进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，之后采用无氧加热进行模膛精锻，(6)将经过精加工的活塞进行盐浴淬火，将其加热到680-750℃后保温4h在盐水中快速冷却，再进行低温回火，回火温度为：250℃，保温4h，空冷，硬度为60HRC，(7)对淬火处理后的活塞进行沉积处理，将活塞置于通有氨气的炉内，加热到1120℃，以氢气为载体将CH₄带入反应器，将TiC沉积在活塞表面，(8)对活塞进行表面抛光处理，去除化学处理事留下的残渣，(9)对经过抛光后的活塞进行防腐处理，将氧化镁、硅酸盐，水玻璃，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，将其涂于钢材表面，涂层厚度为50μm，其中，20％的氧化镁，25％的硅酸盐水，水玻璃10％，其余为水，然后将钢材放于400℃下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜，达到防腐防锈的目的。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种以38CrMnAl钢为材料的活塞的加工成形制造工艺，材料38CrMnAl钢，包括下列元素的重量百分比含量：Mn0.8％-1.1％，C0.2％-0.5％，Si1.5％-2.3％，Cr0.7％-1.2％，Al1.3％-1.8％,Mo0.12％-0.57％,Sn0.01％-0.56％，Ni<0.003％,Ti<0.02％,S<0.03％,V0.01％-0.04％,其余为铁及其杂质，其特征在于：

(1)对用于制坯料的棒料进行正火处理，即将其加热到990-1120℃，保温2-3h使得钢材的组织完全奥氏体化后在空气中均匀冷却，

(2)将正火处理后的棒料用注射成形机注入模腔，所加压力为27-32Mp，对压制成型的活塞坯料进行烧结，烧结温度为：1150-1250℃，烧结时间为：40-50分钟，烧结气氛为真空，在烧结结束时通入通入氢气且加压6-8Mp，在空气中缓慢冷却，

(3)对活塞毛坯进行去应力处理，将其加热到1000-1100℃，保温2-3h，炉中缓慢冷却到500℃，再快速水冷，

(4)对活塞表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入煤油等渗碳剂，将温度加热到800-860℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,

(5)将碳氮共渗后的活塞进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，之后采用无氧加热进行模膛精锻，

(6)将经过精加工的活塞进行盐浴淬火，将其加热到680-750℃后保温2-4h在盐水中快速冷却，再进行低温回火，回火温度为：150-250℃，保温2-4h，空冷，硬度为58-60HRC，

(7)对淬火处理后的活塞进行沉积处理，将活塞置于通有氨气的炉内，加热到1000-1120℃，以氢气为载体将CH₄带入反应器，将TiC沉积在活塞表面，

(8)对活塞进行表面抛光处理，去除化学处理事留下的残渣，

(9)对经过抛光后的活塞进行防腐处理，将氧化镁、硅酸盐，水玻璃，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，将其涂于钢材表面，涂层厚度为40-50μm，其中，10％-20％的氧化镁，15-25％的硅酸盐水，水玻璃10％，其余为水，然后将钢材放于300-400℃下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜，达到防腐防锈的目的。