CN110629005A - 一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，首先装夹清洗，产品处理洁净，然后以四级阶梯升温的方式分别升温至540～560℃保温14～16min，810～830℃保温20～22min，1010～1030℃保温15～17min，1200～1220℃保温8～10min，转至淬火炉进行气冷淬火；完成后转至真空回火炉在530～550℃下保温81～101min进行一次回火，回火后进行深冷处理，分别在‑100～‑80℃保温5～7min、‑90～‑70℃保温36～46min，最后再次进行两次真空回火处理＝。本发明获得的加工产品特征具有金相组织晶粒度级别高、碳化物颗粒细腻的特点，产品抗磨性好、耐热性高、产品变形小。

Description

一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺
技术领域
本发明涉及一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，属于热处理技术领域。
背景技术
共轨喷油器主要用于商用车，可以实现预喷、主喷及后喷三种喷射形式。阀杆是整个喷油器最核心的位置，也是损坏率最高的，这个地方也称作为控制室，主要控制喷油及回油。
目前，涉及高速钢阀杆的使用为新领域的试用，传统热处理方式绝大多数使用多用炉和油淬的工艺路线进行处理，此方法下热处理的高速钢阀杆表层易存在氧化皮、脱碳、变形量大的缺点，碳化物形态的控制和马氏体低温状态下的形态转变，难以满足高新技术条件下的共轨喷油器对阀杆抗磨性和耐热性的要求。而且为去除氧化皮、消除变形等误差，后序须额外增加众多工序才能保证产品质量，形成较大资源浪费。亟需一种新的共轨喷油器用高速钢阀杆处理技术方案。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，实现零件的抗疲劳、抗氧化和抗磨损，保证表面精细磨削加工过程中的高效性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，包括以下步骤：
1)清洗烘干：通过工装装夹待处理产品的颈部，并采用配置有清洗液的清洗机在50～60℃下进行清洗，清洗后于100℃下烘干；
2)预热、淬火：对预热炉抽真空，当预热炉真空度达到5Pa后通入氮气对流加热，所述对流加热过程如下：升温至一级加热温度540～560℃，同时继续通入氮气并保温14-16min；升温至二级加热温度810～830℃，保温20～22min；升温至三级加热温度1010～1030℃，保温15～17min；升温至四级加热温度1200～1220℃，保温8～10min；保温结束后无缝对接至淬火炉中，通入氮气气冷淬火；
3)第一次真空回火：淬火后将产品转移至真空回火炉，在530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min进行第一次真空回火，然后降至80℃以下再保温2min后出炉；
4)深冷处理：回火保温处理后将产品转移到深冷炉，在-100～-80℃环境下保温5～7min；
5)第二次真空回火：将深冷处理后的产品转移至真空回火炉，先将真空回火炉降温至80℃以下，再升温至530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min进行第二次真空回火。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，所述步骤1)中，清洗液的比例为2～3％，并在清洗过程中加入3～5％的防锈剂，清洗后于100℃下烘干至少10min。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，所述步骤2)中，气冷淬火过程中，以1bar/30s的速度增压至10bar，然后在10bar压力下通入氮气高速循环13min。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，所述步骤4)中,还包括，当在-100～-80℃环境下保温结束后，在当前温度下以2℃/min的升温速度上升至10℃以上，再于-90～-70℃环境下保温36～46min。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，所述步骤4)中，还包括，当在-90～-70℃环境下保温结束后，以3℃/min的升温速度升温至10℃，升温至10℃后再保温1min。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，所述步骤5)中,当530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min结束后再次降至80℃以下保温1min，然后再次继续升温至530～550℃保温81～101min，在同一个真空回火炉内连续两个循环过程完成第二次真空回火处理。
作为共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺的优选方案，通入氮气的纯度为99.99％。
本发明中基于氮气为保护气体真空环境下的气淬，可使工件表面洁净、不存在氧化皮或表层脱碳的情况，通过四次升温、一次深冷和多次回火过程可以使产品内部组织得到更为细腻的形态转变，保证炉内产品各处硬度均匀一致，保证了碳化物更好的形态转变，保证了产品的稳定性；
本发明深冷处理过程液氮状态下可以有效的保证炉腔内环境稳定，可以更好的消除产品内部热应力和机械应力，残余奥氏体可以更稳定的转变为抗磨性和耐热性更高的马氏体，而且形态转变过程中析出碳化物更为细腻；
通过本发明的热处理后的产品硬度均匀性稳定在63～65HRC，比普通热处理提高了3～5HRC，产品更均匀稳定；晶粒平均大小0.02～0.05mm，碳化物形态1级，碳化物颗粒平均为0.005mm；而传统方法晶粒度大小较为粗大为0.16～0.20mm，晶粒度也仅为9～10级，碳化物形态时有些许变形的情况。通过本发明产品疲劳寿命提高了1倍，工序加工过程减小6道工序，质量控制也更有保证。
本发明整体上使产品具备表面洁净、品质均匀、高硬度、变差小、耐磨损的特性，通过对零件硬度、金相组织晶粒度和碳化物颗粒形态的控制，实现了零件的抗疲劳、抗磨性和表面精细磨削加工过程中的高效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为传统技术方案下的共轨喷油器用高速钢阀杆微观金相组织图；
图2为本发明实施例1的共轨喷油器用高速钢阀杆微观金相组织图；
图3为本发明实施例2的共轨喷油器用高速钢阀杆微观金相组织图；
图4为本发明实施例3的共轨喷油器用高速钢阀杆微观金相组织图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本发明实施例提供一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，具体步骤如下：
1)清洗烘干：通过工装装夹待处理产品的颈部，保证产品为垂直状态，并采用配置有2％清洗液的清洗机在50℃下进行清洗，同时加入3％的防锈剂，清洗后于100℃下烘干10min；
2)预热、淬火：对预热炉抽真空25min，当预热炉真空度达到5Pa后通入氮气对流加热，通入氮气的纯度为99.99％，所述对流加热过程如下：
升温至一级加热温度540℃，同时继续通入纯度为99.99％氮气并保温14min；
按13℃/min的升温速度升温至二级加热温度810℃，保温20min；
按7℃/min的升温速度升温至三级加热温度1010℃，保温15min；
最后按10℃/min的升温速度升温至四级加热温度1200℃，保温8min；
保温结束后无缝对接至淬火炉中，通入氮气气冷淬火，气冷淬火过程中，以1bar/30s的速度增压至10bar，然后在10bar压力下通入氮气高速循环13min；
3)第一次真空回火：淬火后将产品转移至真空回火炉，在530℃全程氮气保护的环境下保温81min进行第一次真空回火，然后按19℃/min的降温速度降至80℃以下再保温2min后出炉；
4)深冷处理：回火保温处理后将产品转移到深冷炉，在-100℃环境下保温5min，当在-100℃环境下保温结束后，在当前温度下以2℃/min的升温速度上升至10℃以上，再于-90℃环境下保温36min；当在-90℃环境下保温结束后，以3℃/min的升温速度升温至10℃，升温至10℃后再保温1min；
5)第二次真空回火：将深冷处理后的产品转移至真空回火炉，先将真空回火炉降温至80℃以下，再升温至530℃全程氮气保护的环境下保温81min进行第二次真空回火；当530℃全程氮气保护的环境下保温81min结束后再次降至80℃以下保温1min，然后再次继续升温至530℃保温81min，在同一个真空回火炉内连续两个循环过程完成第二次真空回火处理。
实施例2
本发明实施例提供一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，具体步骤如下：
1)清洗烘干：通过工装装夹待处理产品的颈部，保证产品为垂直状态，并采用配置有2.5％清洗液的清洗机在55℃下进行清洗，同时加入4％的防锈剂，清洗后于100℃下烘干10min；
2)预热、淬火：对预热炉抽真空27min，当预热炉真空度达到5Pa后通入氮气对流加热，通入氮气的纯度为99.99％，所述对流加热过程如下：
按22℃/min的升温速度升温至一级加热温度550℃，同时继续通入纯度为99.99％氮气并保温15min；
按12℃/min的升温速度升温至二级加热温度820℃，保温21min；
按7℃/min的升温速度升温至三级加热温度1020℃，保温16min；
最后按10℃/min的升温速度升温至四级加热温度1210℃，保温9min；
保温结束后无缝对接至淬火炉中，通入氮气气冷淬火，气冷淬火过程中，以1bar/30s的速度增压至10bar，然后在10bar压力下通入氮气高速循环13min；
3)第一次真空回火：淬火后将产品转移至真空回火炉，在540℃全程氮气保护的环境下保温91min进行第一次真空回火，然后按19℃/min的降温速度降至80℃以下再保温2min后出炉；
4)深冷处理：回火保温处理后将产品转移到深冷炉，在-90℃环境下保温6min，当在-90℃环境下保温结束后，在当前温度下以2℃/min的升温速度上升至10℃以上，再于-80℃环境下保温41min；当在-80℃环境下保温结束后，以3℃/min的升温速度升温至10℃，升温至10℃后再保温1min；
5)第二次真空回火：将深冷处理后的产品转移至真空回火炉，先将真空回火炉降温至80℃以下，再升温至540℃全程氮气保护的环境下保温91min进行第二次真空回火；当540℃全程氮气保护的环境下保温91min结束后再次降至80℃以下保温1min，然后再次继续升温至540℃保温91min，在同一个真空回火炉内连续两个循环过程完成第二次真空回火处理。
实施例3
本发明实施例提供一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，具体步骤如下：
1)清洗烘干：通过工装装夹待处理产品的颈部，保证产品为垂直状态，并采用配置有3％清洗液的清洗机在60℃下进行清洗，同时加入5％的防锈剂，清洗后于100℃下烘干10min；
2)预热、淬火：对预热炉抽真空30min，当预热炉真空度达到5Pa后通入氮气对流加热，通入氮气的纯度为99.99％，所述对流加热过程如下：
按22℃/min的升温速度升温至一级加热温度560℃，同时继续通入纯度为99.99％氮气并保温16min；
按12℃/min的升温速度升温至二级加热温度830℃，保温22min；
按7℃/min的升温速度升温至三级加热温度1030℃，保温17min；
最后按10℃/min的升温速度升温至四级加热温度1220℃，保温10min；
保温结束后无缝对接至淬火炉中，通入氮气气冷淬火，气冷淬火过程中，以1bar/30s的速度增压至10bar，然后在10bar压力下通入氮气高速循环13min；
3)第一次真空回火：淬火后将产品转移至真空回火炉，在550℃全程氮气保护的环境下保温101min进行第一次真空回火，然后按19℃/min的降温速度降至80℃以下再保温2min后出炉；
4)深冷处理：回火保温处理后将产品转移到深冷炉，在-80℃环境下保温7min，当在-80℃环境下保温结束后，在当前温度下以2℃/min的升温速度上升至10℃以上，再于-70℃环境下保温46min；当在-70℃环境下保温结束后，以3℃/min的升温速度升温至10℃，升温至10℃后再保温1min；
5)第二次真空回火：将深冷处理后的产品转移至真空回火炉，先将真空回火炉降温至80℃以下，再升温至550℃全程氮气保护的环境下保温101min进行第二次真空回火；当550℃全程氮气保护的环境下保温101min结束后再次降至80℃以下保温1min，然后再次继续升温至550℃保温101min，在同一个真空回火炉内连续两个循环过程完成第二次真空回火处理。
参见表1，基于本发明实施例1、2和3获得的共轨喷油器用高速钢阀杆硬度测试数据：
效果检查：
实施例1的硬度平均值为64.5HRC，单件变化量小于1HRC；晶粒平均尺寸0.012mm，晶粒度级别11级，碳化物形态1级无变形情况，碳化物颗粒平均为0.003mm；
实施例2的硬度平均值为64.8HRC，单件变化量小于1HRC；晶粒平均尺寸0.012mm，晶粒度级别11级，碳化物形态1级无变形情况，碳化物颗粒平均为0.003mm；
实施例3的硬度平均值为64.4HRC，单件变化量小于1HRC；晶粒平均尺寸0.012mm，晶粒度级别11级，碳化物形态1级无变形情况，碳化物颗粒平均为0.003mm。
各实施例的针阀硬度、金相组织、过热程度等要求均满足图纸要求。
对比图1，传统工艺下金相组织图，放大倍数400倍，碳化物过热级别二级，颗粒形态大小不一、不均匀，有微变形的情况。参见图2、图3和图4，改进状态下金相组织图，放大倍数400倍，碳化物过热级别一级，颗粒状态良好且分布及大小较为均匀。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗烘干：通过工装装夹待处理产品的颈部，并采用配置有清洗液的清洗机在50～60℃下进行清洗，清洗后于100℃下烘干；
2)预热、淬火：对预热炉抽真空，当预热炉真空度达到5Pa后通入氮气对流加热，所述对流加热过程如下：升温至一级加热温度540～560℃，同时继续通入氮气并保温14-16min；升温至二级加热温度810～830℃，保温20～22min；升温至三级加热温度1010～1030℃，保温15～17min；升温至四级加热温度1200～1220℃，保温8～10min；保温结束后无缝对接至淬火炉中，通入氮气气冷淬火；
3)第一次真空回火：淬火后将产品转移至真空回火炉，在530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min进行第一次真空回火，然后降至80℃以下再保温2min后出炉；
4)深冷处理：回火保温处理后将产品转移到深冷炉，在-100～-80℃环境下保温5～7min；
5)第二次真空回火：将深冷处理后的产品转移至真空回火炉，先将真空回火炉降温至80℃以下，再升温至530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min进行第二次真空回火。
2.根据权利要求1所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，所述步骤1)中，清洗液的比例为2～3％，并在清洗过程中加入3～5％的防锈剂，清洗后于100℃下烘干至少10min。
3.根据权利要求1所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，所述步骤2)中，气冷淬火过程中，以1bar/30s的速度增压至10bar，然后在10bar压力下通入氮气高速循环13min。
4.根据权利要求1所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，所述步骤4)中,还包括，当在-100～-80℃环境下保温结束后，在当前温度下以2℃/min的升温速度上升至10℃以上，再于-90～-70℃环境下保温36～46min。
5.根据权利要求4所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，所述步骤4)中，还包括，当在-90～-70℃环境下保温结束后，以3℃/min的升温速度升温至10℃，升温至10℃后再保温1min。
6.根据权利要求1所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，所述步骤5)中,当530～550℃全程氮气保护的环境下保温81～101min结束后再次降至80℃以下保温1min，然后再次继续升温至530～550℃保温81～101min，在同一个真空回火炉内连续两个循环过程完成第二次真空回火处理。
7.根据权利要求1所述的一种共轨喷油器用高速钢阀杆处理工艺，其特征在于，通入氮气的纯度为99.99％。
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