关于低速大扭矩液压马达三元共渗件工艺改良探讨

梁志杰

摘要：现我司生产低速大扭矩液压马达中，有一部分元件均使用热处理工艺，特别是（灰铸铁油缸）配件而较为普遍的工艺为液体硫碳氮共渗——简称三元共渗处理；因原工艺的使用寿命及质量并不理想且性能不够稳定。为此，在参考原设计三元共渗工艺基础上，改进了部分工艺技术并在后续实验及实际使用证明了改进后的好效果，现对整套工艺技术流程作事下分析报告。

1.液体硫碳氮三元共渗的工艺设计改进

1.1时效处理改进：针对材料特性，在原有的工艺上，为了保证油缸套在共渗时其尺寸变化在工艺要求的范围内，油缸套毛坯在粗加工之后，增加一道消除应力的时效处理。工艺为570℃加热，保温4小对后空冷。

1.2硫碳氨三元共渗工艺及工艺流程中增加了相关注意细节

1.2.1清洗：一般由人工清洗：生锈的工件一定要把铁锈清除干净，工件表面的油、杂质及金属表面附着物一定要彻底洗干净，以免不良杂物随工件进入浴中污染盐液。清洗工件可用金属清洗剂兑水进行。工件在经洗去表面杂质及不良物后，可装料筐内，然后用清水冲洗干净。装料筐时任何工件都不得超载和超负荷。注意：盐浴中绝对不允许混入一点碱性物质，反之会带来极大的危害。

1.2.2预温：工件装料筐用清水冲洗干净后在回火炉中进行。恒温温度340~390℃，恒温时间30~60min。我厂现恒温温度360℃，恒温时间45min。

1.2.3盐浴：郑重提醒：盐融化后绝对禁止水进入坩埚，否则将会产生剧烈爆炸。

1.2.4由于工件的三元共渗是工件加工的最后工序，因此工件加工面任何碰、擦伤，都会带来一定的破坏，轻微伤造成几个工序返工，稍严重工件报废。在本工序任何工作过程中，都应加以高度重视，轻拿轻放，尽可能减少不必要的损失。

2.增加时效处理后三元共渗工艺参数对渗层的影响分析

影响较大的主要有以下两大类：

2.1共渗温度的影晌

共渗温度对渗层和硬度的影响很大，即在同样的时间下，随着共渗温度的提高，渗层深度和硬度增加见图1，对灰铸铁材质的油缸套来说，共渗温度一般可控制在570℃±5℃的范围内.

2.2增加了共渗时间及影响

共渗时间对渗层深度和硬度的影响，在同样的温度，随共渗时间的延长，渗层深度增加，硬度稍有提高。

3.增加熬盐工艺

3.1熬盐准备

3.1.1要求必须使用优质304或更高标准不锈钢盐锅进行熬制。

3.1.2使用前把盐锅清洗干净并检查是否密封良好。

3.2熔盐

3.2.1.首次熬盐只需使用基盐，基盐投放量约为220kg。

3.2.2.设置炉膛温度为620度进行熔盐，待基盐完全熔化后把炉膛温度调整为565度，注：基盐熔化过程需定时进行搅拌，确保盐液熔化均匀。

3.3熬盐

3.3.1盐液完全熔化后必须马上把炉膛温度调整为565度进行熬制，熬制时间为25小时。

3.3.2熬制过程需定时观察盐锅温度，盐液温度不允许超过600度，否则盐液会老化失效。

3.3.3熬制时间结束后，用废件进行测试检验，如不达标则再延长熬制时间（8小时/次），最终达到检验标准方可进行正常生产。

3.4硫化钾投放标准

3.4.1工作四炉后观察盐锅液面，如液面不足则需添加基盐补充液面，如液面充足则需添加再生盐，添加再生盐时需同时添加硫化钾，按2800g再生盐投放1g硫化钾为标准。

3.4.2强调：添加基盐时不得添加硫化钾，加再生盐时不得增加硫化钾添加量，否则将会给工件带来极大危害。

4.改进实验后所获得的共渗层组织结构与性能

通过扫描电子显微镜对经过处理的试件过行能能谱与波谱分析，证实试件表面有S、N、C三种元素渗入的共渗层。该共渗层包括化合物层、主扩散层和过渡层。化合物层又包括最外层的疏松层和靠内的致密层，其相组成物是以ε［Fe2-3（N，C）或（Fe，M）2-3（N，C）］为主（M为合金元素），含有FeS、Fe3O4、Fe2-3N、Fe3（C，N）等的S、N、C富集区，Fe3（C，N）含量最高；主扩散层组织是试件空冷至室温后于300±10℃回火1h制样，经Nital（HNO3-C2H5OH）腐蚀剂腐蚀得到，显示γ＇相（Fe4N）、合金碳化物（MxNy）及Mx（C、N）y等碳氢化合物、弥散析出的C、N富集区；过渡层是氮在α铁中的固熔强化区［α（N）］组成。

显然，减少摩擦副之间的真实接触面积A并降低表层的剪切强度S（同时降低了磨擦系数），便能降低摩擦力，改善摩擦学性能。零件经过三元共渗处理后，表层形成较软的含大量FeS的金属化合物层，其剪切强度低；又由于该层极薄，实际负荷由硬度高且屈服强度高的次层承受，真实接触面积小，所以能获得良好的摩擦学性能。

5.改进工艺后的实际应用对比效果例子

经过液体三元共渗前增加的时效改进、操作细节规范及增加熬盐工艺改进处理的零件具有优良的减磨、抗咬合、耐磨、抗疲劳性和耐蚀性，所以该工艺在以粘着磨损为主的零件中起到更好效果。

我们公司专业生产的意大利卡桑尼技术的低速大扭矩液压马达，产品中的主要零件：配油板、油缸、保持环、传动轴、浮动环、弹簧座均经过液体三元共渗处理。材料一般为灰铸铁300铸成的配油板长期与进行过渗碳的配油盘相对紧贴接触旋转配油，且受较大的压力，当采用改进工艺前生产的配油板装配后运转300小时后拆开检查，发现配油板明显产生磨损凹陷，配油板与配油盘不再紧贴，马达内泄漏严重，功率下降；而经过改进后的液体三元共渗处理后的配油板工作1000小时后拆开检查，只发现配油板与配油盘接触部分形成光亮镜面，磨损极少。原配油板经过液体三元共渗后，其表面的疏松层形成一个个微小油仓有滑动润滑作用，而且配油板表面硬度升高，达到HV1400，所以运转长时间其表面磨损很小，保证其功效。另外对于油缸，它的端面直接接触曲轴推动动曲轴作旋转运动，接触面压力高达20MPa/㎡，当油缸（材料是40Cr调质）未改进前直接运动，不到两年油缸表面即被表面淬火的曲轴刮花、报废，而经过改进后的液体三元共渗处理后表面硬度可达HV1600，寿命1000小时以上。该种马达的其他零件也因此工艺得到理想效果。

除了上述我公司生产的低速大扭矩液压马达的使用例子外，其他行业采用液体三元共渗工艺处理的零件还有：汽车行业中的气门曲轴、挺杆、缸套、齿轮等；内液机中的主要配件如气缸套、挂杆、封环等；因此液体三元共渗工艺用途十分广泛，若把该改进后的液体三元共渗应用到其他行业中相信也能获行一个不错的使用效果。

6.结论

改进后液体三元共渗工艺不但具有良好的外观形态，工艺成熟、处理成本低、工件变形小，而且工艺投资少、设备简单、操作方便，其与气体处理相比，更易于实现自动化流水作业；其应用广泛，可适合各种钢铁件，提高被处理件的抗磨、抗咬死、耐磨、抗疲劳和耐蚀性；低污染，实现低污染作业。

参考文献：

[1]王广生周敬恩《热处理手册（第3版）》中国机械工程学会热处理专业分会

[2]那顺桑《金属热处理（300问）》化学工业出版社

[3]何镜锋《LT1三元共渗工艺的研究及其应用》顺德市人事局