CN110205463A - 一种销轴的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种销轴的处理工艺，针对销轴热处理工艺和表面处理工艺进行改善，采取分段冷却后回火，再进行特殊表面处理的制备工艺，选择特定的淬火和回火温度，严格控制加热保温和冷却时间，实现了提高销轴性能的稳定性和使用寿命，机械性能优异，表面质量良好，完全能够满足医疗装置设备零部件的商品应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理领域，具体的说，是涉及一种销轴的处理工艺。
背景技术
医疗设备或装置用销轴多于医疗诊断仪器、手术台装置部件和康复治疗设备等产品领域，使用环境和寿命有着特殊需求。作为连接用销轴零部件，在服役中承受强烈剪切、冲击、弯曲和扭转作用，同时受到摩擦，除为满足设备装置及环境应用需要设计复杂结构外，还要进行表面处理等特殊工艺，保证销轴具有良好的综合性能。
现有技术的研究中主要集中在宏观受力分析和销轴内力分布、销轴疲劳寿命研究、还有销轴材料及其制造工艺等方面。在销轴受力分析方面，哈尔滨工业大学穆玉航对销轴连接的非线性力学行为进行了研究，探讨了很多销轴接触受力分析需要注意的问题。在疲劳寿命研究方面，青岛理工大学孔银响通过建立基于有限元分析和动力学仿真的疲劳寿命模型，对销轴在大载荷作用下的疲劳寿命及其指标进行研究，提出了剩余疲劳寿命的理论，并应用于销轴再制造性及修复技术的评估。在销轴材料及其制造工艺研究方面，河北医疗设备零部件有限公司李莉等人对热处理工艺对销轴机械性能的影响进行了研究。
面对医疗设备用销轴的市场需求，本发明研发出一种适合医疗设备或装置的专用销轴和热处理工艺，以解决销轴产品的机械性能、耐受条件和使用寿命等技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种销轴的处理工艺，该方法可以提供一种适合医疗设备或装置的专用销轴，使销轴产品获得理想的机械性能、耐受性和使用寿命。
一种销轴的处理工艺，包括机加工处理、热处理和表面处理步骤，所述销轴坯料为30CrMnTi。
所述机加工处理包括下料、粗车销轴外形、精加工销轴断面和清洗。
所述热处理包括淬火和回火处理；淬火处理包括加热、保温、缓冷和急冷阶段，所述保温阶段的温度为800~830℃，保温时间为1~2h，所述缓冷阶段为随炉将温度降至650~700℃，然后进行急冷；回火处理采用低温回火，加热温度为200~350℃，保温时间为2~4h。
最后将所述热处理后的销轴进行表面处理。
所述销轴最终产品的金相组织为回火马氏体组织+少量托氏体和铁素体组成。
所述表面处理为先将所述热处理后的销轴浸泡在碱液中0.5~1h，取出后水洗，再放入硼酸或草酸中浸泡5~10min后水洗，然后采用增光剂对销轴进行表面处理。
急冷阶段采用水冷，冷却方式为喷淋冷却，冷却时间为30~40s。
回火处理的次数大于1。
增光剂成分包含：3~5份绿原酸，3~5份硼酸二氢钠，4~6份乙二胺，6~8份二氧化钛粉末，10~15份氨甲基丙醇，12~15份聚乙二醇。
浸泡使用的所述碱液为碳酸氢铵、硫酸铵、碳酸钠或碳酸氢钠溶液中的一种或两种以上。
销轴最终产品的表面硬度为50~60HRC，心部硬度为28~32HRC，淬硬层深DI50HRC为8.0~9.5mm，断面收缩率为55~60%，伸长率为18~22%。
与现有技术相比，本发明的优点是：针对销轴热处理工艺和表面处理工艺进行改善，采取分段冷却后回火，再进行特殊表面处理的制备工艺，选择特定的淬火和回火温度，严格控制加热保温和冷却时间，实现了提高销轴性能的稳定性和使用寿命，机械性能优异，表面质量良好，完全能够满足医疗装置设备零部件的商品应用需求。
具体实施方式
本发明的研究人员通过对市场现有医疗装置设备的连接销轴断裂失效故障品进行分析调查，针对断裂位置、断面形貌、断裂起点、断裂方向、断裂属性等进行分析，可以归纳获得销轴的断裂失效模型。运用运动学理论建立装置工作状态的力学模型，通过力学原理对销轴进行了理论受力分析，对医疗装置设备的工作环境和真实受力影响计算获得销轴实际受力的计算数据，进而根据所需要的性能参数，对销轴热处理工序进行改善。
本发明的研究人员对销轴热处理工序进行了改善，通过加热淬火试验可以得出，保持一定的加热速度，工件达到一定的温度后，由于工件热量的散失及传导到心部的能量与加热能量接***衡状态，因此加热速度放慢。选择特定的淬火温度，严格控制加热保温时间，使奥氏体晶粒细小，以减小工件开裂倾向。根据试验结果，销轴淬火温度选择在650~700℃。采用预热加热工艺、两段冷却和表面处理的方式，通过控制保温时间来保证晶粒尺寸，晶粒尺寸越小，淬火硬度越高。随着保温时间延长，零件表面热量往心部传导，使奥氏体更加均匀，淬火后硬度增加；再随着保温时间延长，奥氏体晶粒长大。回火温度越高，材料塑性越高，随之其强度降低；温度越低，材料脆性越大。
并且，本发明的研究人员通过对比各材料组成成分的差异对热处理性能的影响，选择出一种适合于医疗装置设备的的高强度材质，并通过实验验证其耐久性能，实现了提高销轴性能的稳定性，减少力学性能偏差，保证将销轴材料进行处理加工之后能充分发挥材料的性能，并注重医疗需求的高精度角度，确保销轴使用寿命得到确实的提高。
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
一种销轴的处理工艺，包括机加工处理、热处理和表面处理步骤，所述销轴坯料为30CrMnTi。
所述机加工处理包括下料、粗车销轴外形、精加工销轴断面和清洗。
所述热处理包括淬火和回火处理；淬火处理包括加热、保温、缓冷和急冷阶段，所述保温阶段的温度为800℃，保温时间为2h，所述缓冷阶段为随炉将温度降至650℃，然后进行急冷，急冷阶段采用水冷，冷却方式为喷淋冷却，冷却时间为30s。回火处理采用低温回火，加热温度为200℃，保温时间为4h，回火处理重复两次。
最后将所述热处理后的销轴进行表面处理。先将所述热处理后的销轴浸泡在碱液中0.5h，取出后水洗，再放入硼酸或草酸中浸泡10min后水洗，然后采用增光剂对销轴进行表面处理。增光剂成分包含：3份绿原酸，5份硼酸二氢钠，4份乙二胺，6份二氧化钛粉末，10份氨甲基丙醇，15份聚乙二醇。浸泡使用的所述碱液为碳酸氢铵或硫酸铵溶液。
所述销轴最终产品的金相组织为回火马氏体组织+少量托氏体和铁素体组成。表面硬度为53HRC，心部硬度为28HRC，淬硬层深DI50HRC为8.0mm，断面收缩率为56%，伸长率为20%。
实施例2：
一种销轴的处理工艺，包括机加工处理、热处理和表面处理步骤，所述销轴坯料为30CrMnTi。
所述机加工处理包括下料、粗车销轴外形、精加工销轴断面和清洗。
所述热处理包括淬火和回火处理；淬火处理包括加热、保温、缓冷和急冷阶段，所述保温阶段的温度为830℃，保温时间为1h，所述缓冷阶段为随炉将温度降至680℃，然后进行急冷，急冷阶段采用水冷，冷却方式为喷淋冷却，冷却时间为30s。回火处理采用低温回火，加热温度为240℃，保温时间为3h，回火处理重复三次。
最后将所述热处理后的销轴进行表面处理。先将所述热处理后的销轴浸泡在碱液中1h，取出后水洗，再放入硼酸或草酸中浸泡8min后水洗，然后采用增光剂对销轴进行表面处理。增光剂成分包含：5份绿原酸，5份硼酸二氢钠，6份乙二胺，8份二氧化钛粉末，12份氨甲基丙醇，13份聚乙二醇。浸泡使用的所述碱液为碳酸钠或碳酸氢钠溶液。
所述销轴最终产品的金相组织为回火马氏体组织+少量托氏体和铁素体组成。表面硬度为60HRC，心部硬度为30HRC，淬硬层深DI50HRC为8.5mm，断面收缩率为60%，伸长率为22%。
实施例3：
一种销轴的处理工艺，包括机加工处理、热处理和表面处理步骤，所述销轴坯料为30CrMnTi。
所述机加工处理包括下料、粗车销轴外形、精加工销轴断面和清洗。
所述热处理包括淬火和回火处理；淬火处理包括加热、保温、缓冷和急冷阶段，所述保温阶段的温度为820℃，保温时间为2h，所述缓冷阶段为随炉将温度降至700℃，然后进行急冷，急冷阶段采用水冷，冷却方式为喷淋冷却，冷却时间为30s。回火处理采用低温回火，加热温度为350℃，保温时间为2h，回火处理重复两次。
最后将所述热处理后的销轴进行表面处理。先将所述热处理后的销轴浸泡在碱液中0.5h，取出后水洗，再放入硼酸或草酸中浸泡5min后水洗，然后采用增光剂对销轴进行表面处理。增光剂成分包含：4份绿原酸，5份硼酸二氢钠，4份乙二胺，8份二氧化钛粉末，15份氨甲基丙醇，13份聚乙二醇。浸泡使用的所述碱液为硫酸铵、碳酸钠和碳酸氢钠溶液。
所述销轴最终产品的金相组织为回火马氏体组织+少量托氏体和铁素体组成。表面硬度为58HRC，心部硬度为32HRC，淬硬层深DI50HRC为9.5mm，断面收缩率为55%，伸长率为18%。
对比例1：
本发明的制造方法中，当改变表面处理试剂的选择时，特别是增光剂材料的绿原酸、硼酸二氢钠、乙二胺、二氧化钛粉末等组成成分和含量发生改变，将影响表面处理的效果，导致销轴最终产品的表面质量不佳，高应力环境下使用寿命缩短，易出现表面裂纹，耐腐蚀性能差等缺陷。
对比例2：
当退火工艺和合金成分发生改变时，将导致销轴微观结构变化，例如加热不充分导致出现块状铁素体组织，硬化层存在铁素体残留，或者表面硬化层深度偏低，使最终产品的使用寿命下降。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，实验结果表明：本发明通过针对热处理工艺和表面处理工艺的控制，以及选择适当的合金成分和表面处理试剂，采取分段冷却后回火，再进行特殊表面处理的制备工艺，最终获得了具有优异性能的大型医疗设备用销轴产品，不仅机械性能优异，表面质量良好，并且使用性能完全能够满足医疗装置设备零部件的商品应用需求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种销轴的处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括：机加工处理、热处理和表面处理步骤，所述销轴坯料为30CrMnTi；
所述机加工处理包括下料、粗车销轴外形、精加工销轴断面和清洗；
所述热处理包括淬火和回火处理；淬火处理包括加热、保温、缓冷和急冷阶段，所述保温阶段的温度为800~830℃，保温时间为1~2h，所述缓冷阶段为随炉将温度降至650~700℃，然后进行急冷；回火处理采用低温回火，加热温度为200~350℃，保温时间为2~4h；
最后将所述热处理后的销轴进行表面处理；
所述销轴最终产品的金相组织为回火马氏体组织+少量托氏体和铁素体组成。
2.如权利要求1 所述的工艺，其特征在于：所述表面处理具体为：
先将所述热处理后的销轴浸泡在碱液中0.5~1h，取出后水洗，再放入硼酸或草酸中浸泡5~10min后水洗，然后采用增光剂对销轴进行表面处理。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述急冷阶段采用水冷，冷却方式为喷淋冷却，冷却时间为30~40s。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述回火处理的次数大于1。
5.如权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述增光剂成分包含：3~5份绿原酸，3~5份硼酸二氢钠，4~6份乙二胺，6~8份二氧化钛粉末，10~15份氨甲基丙醇，12~15份聚乙二醇。
6.如权利要求1至5所述的工艺，其特征在于：浸泡使用的所述碱液为碳酸氢铵、硫酸铵、碳酸钠或碳酸氢钠溶液中的一种或两种以上。
7.如权利要求1至6所述的工艺，其特征在于：所述销轴最终产品的表面硬度为50~60HRC，心部硬度为28~32HRC，淬硬层深DI50HRC为8.0~9.5mm，断面收缩率为55~60%，伸长率为18~22%。
8.如权利要求1至7任一项工艺所制备的销轴，其特征在于：所述销轴应用于医疗诊断设备或医用器械部件。
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