哈工大热处理原理与工艺大作业-冲击器活塞热处理

1、在此输入文字标题在此输入文字标题 冲击器活塞冲击器活塞 组员：组员：苏伟苏伟 孙浩然孙浩然 李小康李小康 刘建芳刘建芳 金祖儿金祖儿 零件用途与服役条件 冲击器：是地质勘探需要使用的 基础设备，是凿岩机和破碎锤的 核心机构。 活塞：是物探冲击器中产生冲击 能量的关键零件, 它把冲击能量 传递给钻头, 钻头靠此能量冲击、 破碎岩石, 实现钻进。 失效方式与性能要求 活塞的失效形式主要是冲击端面凹陷、花键磨损 、冲击段花键崩裂和折断。 渗碳处理的低碳合金钢活塞，因冲击端面凹陷失效 的占大多数，而高碳钢活塞则是折断。 在实际使用中活塞要承受多次冲击抗力，所以要求 活塞耐磨性高，耐冲击性好，抗疲劳性能

2、好。 。 基本分类 低碳渗碳钢活塞 含碳量 中碳渗碳钢活塞 高碳钢活塞。 冲击器活塞 气动冲击器活塞 冲击器种类 液动冲击器活塞 2、35CrMoV钢 克服低碳渗碳钢活 塞强度不足的缺点 化学成分： 0.30%0.38%C 0.17%0.37%Si 0.40%0.70%Mn 0.20%0.30%Mo 1.00%1.30%Cr 0.10%0.20%V 1、20CrMnMo钢 这种钢是较长期用 来制造活塞的一种 渗碳钢 化学成分： 0.17%0.24%C0.20 %0.40%Si 0.9%1.2%Mn 0.20%0.30%Mo 1.1%1.4%Cr 3、钒钢 钒钢是制造冲击 器活塞的优良原 料之一

3、。 化学成分： 0.95%0.1.05%C， 0.20%0.40%Mn 0.35%Si 0.20%0.40%V 主要零件用材料 1、20CrMnMo 20CrMnMo钢活 塞的缺点是心部强度 低，在工作过程中易 出现冲击端面凹陷和 花键崩裂。 2、35CrMoV钢 钢材的含碳量较高， 不但可以降低渗碳层厚度， 缩短渗碳时间，并且因淬 火后心部强度高，从而克 服了20CrMnMo钢渗碳活 塞端头凹陷快，容易崩齿 的缺点。 这种钢材已经成功用 于制造7566型凿岩机活塞。 3、钒钢 由于钢中钒碳化物 在较大的温度范围内不 易溶解，故能显著地阻 止加热时奥氏体晶粒长 大，从而可防止过热， 使钢材具有

4、较高的冲击 韧度。 材料性能特点 冲击活塞热处理 20CrMnMo钢活塞 制造工艺路线：下料、锻造、正火、检验、机械加工、 渗碳淬火、清洗、低温回火、检验、磨加工 渗碳层深度要求为1.8-2.5mm 几种典型渗碳工艺 9 35CrMoV钢活塞 制造工艺路线：下料、锻造、退火、检验（硬度）、机 械加工、渗碳、检验（渗碳层）、高温回火、淬火、清洗、 低温回火、喷砂、检验、磨削 工艺过程： 1、高碳势气氛中预渗碳（850，1-2h）。 目的：为了先形成细小的碳化物质点，以便随后 升温渗碳时使零件表层碳化物呈颗粒状分布。 2、升温至900进行扩散渗碳。 35CrMoV钢活塞 3、渗碳层深度达到要求后，

5、炉冷至860淬油。 4、重新加热至850进行淬火处理 5、进行180-200，1.5h的回火处理 工艺流程图工艺流程图 技术要求： 渗碳层深度 1.6-1.9mm 表面硬度 HRC 60-65 表层显微组织 马氏体（=50 35CrMoV钢活塞渗碳淬火工艺 （渗碳设备为RJJ-90-9T井式渗碳炉） 钒钢活塞 制作工艺路线： 原材料检验（化学成分，非金属夹杂物 ，显微组织和淬透性），下料，中频感应加热大头墩粗， 预先淬火，球化淬火，检验，机械加工，淬火，回火，检 验，磨削。 热处理工艺：钒钢活塞热处理包括预先淬火、球化退火 、 最终淬火、低温回火等工序。 预先淬火的目的是为球化淬火做准备，以期

6、获得良好 的球化效果。 最终淬火时，在720730的目的是为了缩短在Ac1以 上的加热时间，可获得较多的板条马氏体淬火的预热 和加热在盐浴炉中进行。 钒钢活塞热处理工艺图 热处理工艺步骤 1)将冲击活塞表面清洁后放入渗碳炉内渗碳，渗碳温度900-930， 时间20-30小时，渗碳后随炉冷却；渗碳工艺采用保护气氛加热 2)对冲击活塞进行淬火处理，淬火温度780-820，保温3-5小时后 进放入淬火液（20#机油），时间控制在30-120秒，淬火后风冷； 淬火液温度控制在20-60 3)将冲击活塞放入回火炉中，进行170-200，回火4-6小时，出炉 后自然冷却至室温 热处理后冲击活塞性能: 表面

7、硬度HRC 59-63，心部硬度HRC 38-42，夏比V型缺口试样冲击功 (AKV)=100J。渗碳后采用快速淬火的方法使表面组织有效的转化为 马氏体，得以硬化；而心部组织有相对缓慢的冷却速度，使活塞的 心部保持了较高的韧性。 20Cr2Ni4冲击活塞 进一步提高性能进一步提高性能 时效处理:一次时 效温度为1100。 固溶处理:固溶温度 1300，固溶时间4 小时。 冰冻冰冻:将回火后冷却至室将回火后冷却至室 温的工件继续冷却到零温的工件继续冷却到零 下下80使相当一部分残使相当一部分残 余奥氏体转变为马氏体，余奥氏体转变为马氏体， 剩下的未转变的少量残剩下的未转变的少量残 余奥氏体变得更

8、加稳定。余奥氏体变得更加稳定。 从而增加了工件的硬度从而增加了工件的硬度 和尺寸稳定性。和尺寸稳定性。 采用上述技术方案获得组织 获得“薄壳结构”，即表面有一层硬度很高的薄壳， 以提高耐磨性 芯部有适当的硬度，保证足够的强度和韧性 淬火后表面硬化层有400-700MPa的压应力，这样可以 提高抗张应力为主的疲劳强度提高活塞的寿命。 经过时效处理和固溶处理后，20Cr2Ni4镍基单晶高温 合金的强度性能大大提高，活塞材料的性能得到改善 ，有更长的寿命。 质量检查事项和方法 工序项目技术要求检查方法 锻造（1）硬度217HBS用布氏硬度计抽查 （2）金相组织珠光体用金相显微镜定期检查 （3）晶粒度

9、56级按YB27 渗碳（1）渗层深度总渗层=过共析层+工析层+过渡 层 1）渗层深度以检查内试棒为准 2）内试棒应与所渗零件材料相同，表面没有氧化皮， 锈迹并经正火处理 3)用放大镜或显微镜检查 （2）渗层表面碳浓度W（c）为0.85%1.05%1）用试镜做剥层分析，每层为0.100.20mm 2）可定期用标准试块或金相图片比较 淬火回火1)硬度表面：5863HRC 心部：3845HRC 硬度计抽查10%15%，其余用锉刀检验 检查部位：表面为冲击端面，心部在与过渡区 相距23mm处 2)显微组织表面：马氏体+粒状碳化物 心部：马氏体+贝氏体 用金相显微镜检查 3）畸变对无阀凿岩机活塞畸变检查，弯 曲0.2mm 用千分尺检查 主要工序的技术要求及质量检测 常见缺陷产生原因防止方法 心部硬度低1）淬火温度低 2)冷慢速 1）选择正确的淬火温度即略高于心 部材料的淬火温度 2）选用冷速快的淬火介质 渗层不均匀 1）固体渗碳时火焰炉加热温度不均匀 2）冷却介质温度过高 1）将渗碳罐放在火焰中心区 2）淬火盐水温度40摄氏度 锻件冲击