彈性軸離子滲氮改氣體滲氮工藝研究

陳曉志 程相飛

摘 要：彈性軸離子滲氮加工通用性差、加工零件數(shù)量少且設(shè)備老化故障多不能滿足日益增加的航機(jī)批生產(chǎn)任務(wù)。該文對彈性軸氣體滲氮工藝進(jìn)行了研究，制定出合理的彈性軸氣體滲氮工藝方案，實(shí)現(xiàn)了彈性軸氣體滲氮，顯著提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：離子滲氮 氣體滲氮 氮勢 彈性軸

中圖分類號：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0048-02

批量生產(chǎn)中，僅對某型航機(jī)彈性軸（為重要件，材料為40CrNiMoA，為長600 mm的空心薄壁軸，兩端為A、B兩個不同大小直齒）兩端齒部進(jìn)行離子滲氮，氮化后桿部、齒部變形控制能滿足要求；而離子滲氮爐是自制非標(biāo)專用設(shè)備，設(shè)備陳舊、每爐最多加工4件零件且設(shè)備狀態(tài)不穩(wěn)定，主要靠人工經(jīng)驗(yàn)控制質(zhì)量穩(wěn)定性差，嚴(yán)重制約了該型號航機(jī)擴(kuò)大批量生產(chǎn)任務(wù)。而現(xiàn)有的精密氣體滲氮爐，裝爐量多，能對氮勢自動精確控制。為了提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，對該零件進(jìn)行氣體滲氮工藝試驗(yàn)，對試驗(yàn)結(jié)果對比分析，摸索對其采用氣體滲氮的方案，確定合理的工藝方法。

1 試驗(yàn)過程

零件加工路線為：調(diào)質(zhì)熱處理-粗加工-穩(wěn)定處理-滾齒-非滲氮面鍍銅-滲氮-除銅-精加工-檢驗(yàn)-入庫（滲氮后桿部跳動≤0.08 mm）。

零件及試料在精密氣體滲氮爐內(nèi)進(jìn)行滲氮，零件垂直平穩(wěn)擺放在料架上，滲氮試料分別吊裝在兩端齒附近。滲氮工藝：500 ℃±5 ℃，1.5～2.5 h，分解率10%～25%升溫至530 ℃±5 ℃，90～100 h，分解率74%～84%。彈性軸非滲氮表面采用鍍銅防護(hù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

滲氮后A、B兩齒部滿足變形≤0.055 mm的要求，桿部變形達(dá)到了0.12 mm，不滿足≤0.08 mm的工藝要求。后續(xù)的校正工序仍不能完全有效地解決桿部變形的問題。

彈性軸采用氣體滲氮后滲氮層質(zhì)量滿足設(shè)計要求；彈性軸內(nèi)腔非滲氮部位采用鍍銅進(jìn)行防護(hù)，滲氮后剖切一件零件檢查內(nèi)腔存在0.2 mm深度的漏滲氮層（表1）。

從表2試驗(yàn)結(jié)果來看，氣體滲氮后滲氮層質(zhì)量能滿足設(shè)計要求；但存在變形和漏滲等問題。為了解決零件變形問題，從工藝方法上可以從兩個方面采取措施，一是調(diào)整零件加工工藝，增大零件滲氮時桿部內(nèi)、外圓預(yù)留磨量，二是設(shè)計工裝將零件滲氮時的裝爐由平穩(wěn)擺放改為垂直吊掛方式從而減小滲氮時的變形且將零件兩頭內(nèi)孔堵塞以減少內(nèi)腔氮化氣氛的流通。零件內(nèi)腔有漏滲氮層這是由于彈性軸內(nèi)腔長度直徑比達(dá)到了13從而無法獲得完整均勻的鍍銅層，滲氮時無法起到穩(wěn)定的防漏滲效果，但采用鍍錫能獲得完整均勻的保護(hù)層。

3 驗(yàn)證性試驗(yàn)

根據(jù)上述工藝試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整零件加工工藝，即對零件氣體滲氮工藝試驗(yàn)時，增大了零件的桿部外圓及內(nèi)腔預(yù)留磨量并在氣體滲氮時，非氮化面改用鍍錫防護(hù)，零件裝爐由平穩(wěn)擺放改為垂直吊掛方式。

3.1 驗(yàn)證過程

驗(yàn)證試驗(yàn)零件的加工路線為：調(diào)質(zhì)熱處理-粗加工-穩(wěn)定處理-滾齒-非滲氮面鍍錫-滲氮-機(jī)加工去除錫層-精加工-檢驗(yàn)-入庫（滲氮后桿部跳動要求≤0.12 mm）。

零件及試料在精密氣體滲氮爐內(nèi)進(jìn)行滲氮，零件垂直吊掛在料架上，滲氮試料分別吊裝在兩端齒附近。滲氮工藝：500 ℃±5 ℃，1.5～2.5 h，分解率10%～25%升溫至530 ℃±5 ℃，90～100 h，分解率74%～84%。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

滲氮前后對零件A、B兩端齒部位及桿部變形情況進(jìn)行測量，測量情況見表3，滲氮后取試料并剖切一件零件進(jìn)行滲氮層質(zhì)量檢查，檢查情況見表4。

結(jié)果如下所述。

（1）該批零件A、B兩齒輪部位滿足變形≤0.055 mm的要求，桿部變形滿足≤0.12 mm的工藝要求；剖切1#零件檢查零件中間內(nèi)外壁未見漏滲氮現(xiàn)象，變形、漏滲問題得到解決。

（2）零件氣體滲氮后滲氮層質(zhì)量滿足設(shè)計要求。從兩輪試驗(yàn)結(jié)果對比，氣體滲氮層質(zhì)量穩(wěn)定、可控；彈性軸氣體滲氮后的滲氮層質(zhì)量與離子滲氮層基本相當(dāng)。

（3）裝爐由平穩(wěn)擺放改為垂直吊掛方式有效地減少了零件的變形量，滲氮后A、B兩齒部實(shí)際變形≤0.05 mm，桿部實(shí)際變形≤0.06 mm，變形情況有了較大改善，并通過增大零件的桿部外圓及內(nèi)腔預(yù)留磨量，降低了變形要求，有效保證零件加工后的變形合格率。

（4）采用鍍錫進(jìn)行非滲氮面防護(hù)，零件內(nèi)腔能夠獲得完整的鍍錫層，滲氮時零件內(nèi)腔能得到有效防護(hù)。

4 結(jié)語

通過工藝試驗(yàn)，對彈性軸加工工藝的調(diào)整，在氣體滲氮前增大桿部外圓及內(nèi)腔預(yù)留磨量，裝爐采用垂直吊掛裝夾方式并對非滲氮面采用鍍錫防護(hù)，彈性軸可以采用氣體滲氮工藝代替離子滲氮工藝，零件裝爐量由4件/爐提高到12件/爐，質(zhì)量穩(wěn)定性也得到提升。

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