改善凸轮硬度和耐磨性的措施-

1、材料热处理技术Material &Heat Treatment 下半月出版热加工工艺2008年第37卷第2期凸轮是轻工机械中应用最为广泛的零件之一,其自身的质量和精度直接影响整台设备的性能。凸轮在工作过程中与滚子直接接触,因而凸轮型面受到滚子的接触应力作用。并且,由于滚子在凸轮型面不同区域角速度不同,引起滚子与凸轮型面间的滑动摩擦,在凸轮型面上产生很大的剪切应力,因而要求凸轮具有较高的硬度和良好的耐磨性。提高其硬度和耐磨性应从其材料选择和热处理两方面入手。1凸轮材料1.1根据使用要求合理选择材料一般凸轮材料选用45、45Mn2、40Cr 等优质结构钢,表面淬火后硬度达到5055HRC

2、。当对凸轮的要求更高时,可用15、20、20Cr 、20Mn2等低碳钢渗碳,淬火后硬度达到5863HRC ,渗碳层厚度为0.81.2mm ,也可用GCr15钢淬火,硬度达到6064HRC 。对于形状复杂的弧面凸轮,一般采用38CrMoAl 进行氮化处理。一般用于低速轻载的凸轮可采用HT200和HT250。实践证明,比较重要的凸轮,采用球墨铸铁QT600-3经等温淬火使其硬度达到4550HRC ,也可得到良好的耐磨性。1.2日本常用的凸轮材料表1所示为日本常用的凸轮材料和热处理方法。2凸轮表面硬化热处理为了提高表面耐磨性必须对表面进行硬化处理。有两种方法,一是提高表面硬度,二是提高润滑性或者在表

3、面形成一层阻止薄膜。表面硬化法主要是增加硬度和提高耐磨性。在表面附着硫化层可提高耐磨性,氮化层既能增加硬度,又能提高耐磨性。一般情况下,凸轮破坏的主要原因多是发生在表面上的疲劳,因此,硬化表面,提高表面特性是重要的。对凸轮而言,常用物理表面硬化法和化学表面硬化法,最常用的是高频感应加热淬火、渗碳淬火和氮化处理,这三种方法已被广泛采用,这改善凸轮硬度和耐磨性的措施Measurement of Improving Hardness and Wear-ability of Cam程伟超1,曹西京1,周丹2(1.陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021;2.郑州轻工业学院,河南郑州450002摘

4、要:介绍了两种能有效改善凸轮型面硬度和耐磨性的方法。凸轮经渗氮+高频淬火复合热处理可以提高其硬度,经硫等元素多元共渗可以改善凸轮和滚子间的摩擦条件,提高耐磨性。两种方法有效地提高了凸轮的使用寿命和可靠性。关键词:凸轮;复合热处理;多元共渗中图分类号:TG162.79;TG156.8文献标识码:B文章编号:1001-3814(200802-0095-02钢种代号热处理应用实例中碳钢高碳钢3055T7T13退火或正火后软氮化低速重载的中等精度的一般凸轮中高碳钢结构合金钢球墨铸铁3055,T7T13GCr15,SWC,SCr,ML42CrMo FCD调质后,凸轮表面高频感应加热淬火火焰淬火,软氮化中

5、高速、中载的中等精度的一般凸轮中高碳钢结构合金钢析出硬化钢3055,T7T13,GCr15ML42CrMo,SCrNAC整体淬火回火软氮化,离子氮化中、高速,中载荷的中等精度的一般凸轮表面硬化低合金钢ML42CrMo,SCr 渗碳淬火回火中、高速或中、高载荷的高精度凸轮中碳素铬钢中碳素Cr-Al 钢合金工具钢模具钢高速钢SCr38CrMoAl 5CrW2Si JKD W18Cr4V氮化,渗硫氮化软氮化真空淬火回火氮化,软氮化中、高速或轻、中载的高精度的凸轮高速、重载的凸轮或要求耐热性的凸轮不锈钢0Cr18Ni99Cr18离子氮化真空氮化耐磨蚀的轻、中载的高精度凸轮耐磨蚀的高速、重载的高精度凸轮

6、表1凸轮材料和热处理方法Table1The cam material and its heat treatment process收稿日期:2007-07-26作者简介:程伟超(1982-,男,河南辉县人,硕士研究生,研究方向为高速凸轮的质量平衡问题;电话:134*;E-mail :chengweichao126通讯作者:曹西京(1953-,男,陕西户县人,教授,主要从事机械CAD/CAM 及物流工程与管理的研究95材料热处理技术Material &Heat Treatment2008年1月 Hot Working Technology 2008,Vol.37,No.2(上接第94页9

7、00,锻后缓冷并立即球化。热作模具采用较高温度加热淬火,加热温度为11201180,油冷淬火或分级淬火。压型模取上限加热温度,锻型模取下限加热温度。回火温度可以稍高,取630回火两次。硬度为5153HRC 。CG2钢1120淬火,不同温度回火后的性能见表45。3模具材料的表面强化处理为了提高模具工作性能和使用寿命,需对模具的零件表面作强化处理。常用的方法有液体碳氮共渗、离子渗氮、渗硼、渗钒和电火花强化、激光表面淬火以及气相沉积涂层。此外,也可采用滚压、喷丸等表面强化处理,使模具材料表面形成压应力,提高耐疲劳强度。参考文献:1庞祖高,苏广才,夏薇,等.温挤压模具的早期失效探讨及对策J.热加工工艺

8、,2005,(9:25-28.2林朝平.冲模材料选择与热处理要求的分析J.模具设计与制造,2004,(4:74-75.3庞祖高,苏广才,夏薇,等.影响温挤压模具的寿命因素及对策探讨J.锻压技术,2006,(2:53-55.4皱旭远,李中坚,胡美英.HM1钢强化工艺及应用研究J.国外金属热处理,1997,(S1:44-49.5薛荣敬,赵云路.挤压工模具材料及其热处理与表面处理现状J.轻合金加工技术,2002,30(4:32-37.表4CG2钢性能Table 4The mechanical properties of CG2steel回火温度/硬度(HRCb /MPa(%(%a k /(J cm

9、-2K IC /(MPam -1/26005759240124554.58.09.524.519.633.36305153196021563.07.013.522.520.631.440.26004850151910585.59.510.521.020.625.5630回火187230HV 88210989.512222324650测试46在660软化到40HRC 需1h里不再赘诉。下面介绍两种有效的热处理新方法。2.1复合热处理不管是高频淬火还是氮化处理,单一的热处理不免有一些缺陷,因此为了弥补他们彼此的缺点,采用氮化+高频淬火的复合热处理,其硬化层加深,表面为微细含氮马氏体,表面硬度高(6

10、163HRC,从而可以提高凸轮的使用寿命。以40Cr 钢为例,氮化前经过850淬火+580回火的预先调质处理,离子氮化后表面形成0.200.25mm 的氮化层,再进行高频淬火。40Cr 凸轮经过6h 离子氮化后,表层的氮浓度很高,再经过高频加热处理,进一步促进了氮原子向心部的扩散。复合热处理后的凸轮表面硬度比氮化后硬度升高46HRC 。因为复合热处理后表面的含氮马氏体加上次表面的普通马氏体,使总氮化层深度远远超过离子氮化的总氮化层深度,硬化层深度增加0.8mm ,相应的硬度梯度也显得平缓。复合热处理后,不仅直接提高了表面层强度,而且由于强化层的存在,改变了表层沿一定深度的内应力分布,淬火后低温

11、回火,可降低交变载荷下的拉应力,改善型面硬化层与内部材料间的拉应力性能。2.2氮、硫、碳、氧多元共渗为进一步提高凸轮的耐磨性,改善凸轮型面与滚子间的摩擦条件,尤其为降低型面突变处的剪切条件,在保证不破坏渗氮层性能的前提下进行氮、硫、碳、氧多元共渗处理。用含有硫元素的混合液进行多元共渗后,硫以FeS 的形式存在于凸轮表层(0.0150.030mm,由于FeS 为密排六方晶格结构,变形抗力小、受力易滑移,起固体润滑剂的作用,并能隔绝凸轮型面与滚子间的金属直接摩擦,大大改善凸轮型面与滚子间的摩擦条件,有效地减少凸轮与滚子间的滑动摩擦,从而减小了滚子对凸轮型面的剪切应力,避免了应力作用深度处剪切应力大于该材料临碣强度而产生麻点和剥