本發(fā)明屬于碳氮共滲熱處理領(lǐng)域，具體涉及一種凸輪淺層碳氮共滲熱處理方法。

背景技術(shù)：

如圖1和圖2所示，凸輪是電器開關(guān)中的零件，材料為S20C，料厚為2mm左右，有效硬化層要求0.15-0.25mm，心部硬度不超過400HV5，表面硬度650-750HV5。該凸輪尺寸要求嚴，因此采用精沖的方法成形凸輪。凸輪精沖成形后，需經(jīng)碳氮共滲熱處理，達到表面硬度、有效硬化層和心部硬度的要求。

傳統(tǒng)凸輪的表面熱處理是采用箱式爐，箱式爐屬于周期式爐，生產(chǎn)效率低，需設(shè)計制造特定的耐熱鋼掛具做為凸輪的夾具，工裝投入高。且根據(jù)凸輪零件的特征，需采用插入式或穿軸掛裝的方式裝爐，裝料效率低，零件在加熱過程中受重力影響容易發(fā)生橢圓變形，孔尺寸精度難保證。

目前采用網(wǎng)帶爐的碳氮共滲熱處理有：申請?zhí)枮?01110168024.4的專利公開了一種定位盤薄層碳氮共滲熱處理方法，采用網(wǎng)帶爐熱處理，步驟分別為準備設(shè)備和螺釘、設(shè)定網(wǎng)帶爐參數(shù)、裝爐、淬火、清洗、回火。該方法只適合定位盤的網(wǎng)帶爐熱處理，不能控制心部硬度。申請?zhí)枮?01110059670.7的專利公開了一種軸承或離合器零部件的中深層滲碳或碳氮共滲熱處理方法，采用可控氣氛的托輥式網(wǎng)帶爐連續(xù)生產(chǎn)，步驟依次為強滲、擴散、淬火、清洗、回火和出爐空冷。該方法工藝時間長，碳勢區(qū)間波動大，適合中深層滲碳或碳氮共滲處理。申請?zhí)枮?01080040230.0的專利公開了一種碳氮共滲構(gòu)件的制造方法，采用900-950℃滲碳氣氛的滲碳，接著800-900℃，0.2％-0.6％氮勢的碳氮共滲，淬火和噴丸硬化處理。該方法不適合網(wǎng)帶爐的熱處理，不能控制構(gòu)件的心部硬度。

而本凸輪平面度不超過0.1mm，因此熱處理過程必須嚴格控制尺寸變形。凸輪表面硬度不超過750HV，因此碳氮共滲過程中的碳勢和氨氣流量都不能太高；其次，該凸輪料厚較薄，心部容易淬硬，導致零件脆性大；另外，有效硬化層區(qū)間比較窄，為0.1mm(一般零件的有效硬化層控制區(qū)間是0.2mm)。因此，內(nèi)孔尺寸、平面度、表面硬度、心部硬度和有效硬化層的控制是凸輪熱處理工藝需要解決的主要難點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種凸輪淺層碳氮共滲熱處理方法，該方法能夠保證凸輪有效硬化層在0.15-0.25mm區(qū)間內(nèi)，心部硬度不超過400HV，平面度變形不超過0.1mm，適合批量生產(chǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種凸輪淺層碳氮共滲熱處理方法，包括分別在網(wǎng)帶爐中的碳氮共滲主爐、淬火油槽、清洗機和回火爐中依次進行的碳氮共滲、淬火、清洗和回火步驟；碳氮共滲主爐沿熱處理方向依次設(shè)有四區(qū)，第一區(qū)爐溫設(shè)定為910±10℃，第二、三區(qū)爐溫設(shè)定為860±10℃，第四區(qū)爐溫與淬火溫度相同、設(shè)定為810±10℃；碳氮共滲時碳勢控制為1.05-1.15CP，氨氣量為250-280L/h，碳勢的控制采用手動調(diào)節(jié)和自動控制相結(jié)合；碳氮共滲主爐的網(wǎng)帶頻率設(shè)定為31-33HZ，凸輪從進入碳氮共滲主爐到進行淬火的時間為65-75min。

進一步地，清洗時的清洗介質(zhì)為碳酸鈉水溶液、清洗溫度為60-80℃。

進一步地，回火時的回火溫度為200±10℃、回火時間為90-120min。

進一步地，在碳氮共滲之前依次增加去應(yīng)力退火和第一次振動光飾步驟，在回火之后增加第二次振動光飾步驟。

進一步地，去應(yīng)力退火時的保溫溫度為450±30℃、保溫時間為2±0.5小時，保溫后空冷。

進一步地，第一次振動光飾和第二次振動光飾均是將凸輪放入光飾機中，并加入電剛玉和工業(yè)堿振動30±20分鐘，振動后用清水將污漬和堿沖洗干凈。

本發(fā)明的有益效果是：

第一區(qū)爐溫設(shè)定為910±10℃，高于常規(guī)碳氮共滲溫度上限880℃，目的是該區(qū)域凸輪以滲碳為主，避免爐內(nèi)氧含量太高引起的表面脫碳起皮現(xiàn)象；第二、三區(qū)爐溫設(shè)定為860±10℃，為正常的碳氮共滲溫度，保證氮含量的攝入，提高凸輪表面硬度；第四區(qū)爐溫設(shè)定與淬火溫度相同，保證凸輪在該溫度下淬火，減小變形，降低凸輪心部硬度，淬火溫度為810±10℃，保證心部硬度降低到HV400以下；碳勢控制為1.05-1.15CP，氨氣量為250-280L/h，碳勢的控制采用手動調(diào)節(jié)和自動控制相結(jié)合，不完全依賴自動控制，縮小碳勢控制區(qū)間，保證凸輪表面硬度和有效硬化層在合格范圍內(nèi)；碳氮共滲主爐的網(wǎng)帶頻率設(shè)定為31-33HZ，保證了凸輪進入碳氮共滲主爐到淬火的時間為65-75min，控制有效硬化層均勻性；該方法采用網(wǎng)帶爐對凸輪進行淺層碳氮共滲熱處理，分別控制各區(qū)域爐溫，控制碳勢和氨氣量，保證凸輪有效硬化層在0.15-0.25mm區(qū)間內(nèi)，心部硬度不超過400HV，平面度變形不超過0.1mm，適合批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中有凸苞的凸輪的精沖件示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中無凸苞的凸輪的精沖件示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地說明。

如圖1和圖2所示，為兩種常用凸輪(有凸苞和無凸苞)的精沖件示意圖，材料為S20C，料厚2mm，有效硬化層要求0.15-0.25mm，心部硬度要求不超過400HV5，表面硬度要求650-750HV5，平面度要求不超過0.1mm。

如圖3所示，本發(fā)明實施例中凸輪淺層碳氮共滲熱處理步驟如下。

S1.去應(yīng)力退火；

設(shè)備為臺車式電阻爐，凸輪裝入金屬周轉(zhuǎn)箱中，入爐保溫(保溫溫度為450±30℃)兩小時后，出爐空冷。通過凸輪在保溫和空冷兩個過程消除凸輪精沖后的殘余應(yīng)力，減小后續(xù)熱處理變形。

S2.第一次振動光飾；

將8mm×8mm電剛玉和工業(yè)堿倒入光飾機中振動約30分鐘，用清水將污漬和堿沖洗干凈，以除去氧化皮、銹跡、油污和含硫潤滑劑等有害污物。零件表面的堿液在振動光飾后必須用干凈的清水沖洗干凈，否則殘留的堿，在凸輪零件碳氮共滲時容易粘附碳黑，而且會導致爐襯和其他耐熱合金元件腐蝕。

S3.碳氮共滲和淬火；

碳氮共滲主爐四區(qū)分別控制爐溫，第一區(qū)爐溫設(shè)定為910±10℃，第二、三區(qū)爐溫設(shè)定為860±10℃，第四區(qū)爐溫和凸輪的淬火溫度設(shè)定為810±10℃。碳氮共滲主爐的網(wǎng)帶頻率設(shè)定為31-33HZ，保證凸輪零件進入碳氮共滲主爐到淬火的時間為65-75min，碳勢控制為1.05-1.15CP，氨氣量為250-280L/h，碳勢的控制采用手動調(diào)節(jié)和自動控制相結(jié)合的方法，不完全依賴自動控制；

第一區(qū)爐溫設(shè)定為910±10℃，高于常規(guī)碳氮共滲溫度上限880℃，目的是該區(qū)域凸輪以滲碳為主，避免爐內(nèi)氧含量太高引起的表面脫碳起皮現(xiàn)象；第二、三區(qū)爐溫設(shè)定為860±10℃，為正常的碳氮共滲溫度，保證氮含量的攝入，提高凸輪表面硬度；第四區(qū)爐溫設(shè)定與淬火溫度相同，保證凸輪在該溫度下淬火，減小變形，降低凸輪心部硬度，淬火溫度為810±10℃，保證心部硬度降低到HV400以下；碳勢控制為1.05-1.15CP，氨氣量為250-280L/h，碳勢的控制采用手動調(diào)節(jié)和自動控制相結(jié)合，不完全依賴自動控制，縮小碳勢控制區(qū)間，保證凸輪表面硬度和有效硬化層在合格范圍內(nèi)；碳氮共滲主爐的網(wǎng)帶頻率設(shè)定為31-33HZ，保證了凸輪進入碳氮共滲主爐到淬火的時間為65-75min，控制有效硬化層均勻性；該方法采用網(wǎng)帶爐對凸輪進行淺層碳氮共滲熱處理，分別控制各區(qū)域爐溫，控制碳勢和氨氣量，保證凸輪有效硬化層在0.15-0.25mm區(qū)間內(nèi)，心部硬度不超過400HV，平面度變形不超過0.1mm，適合批量生產(chǎn)。

S4.清洗；

凸輪隨網(wǎng)帶傳動進入清洗機內(nèi)清洗(本實施例中清洗介質(zhì)為碳酸鈉水溶液，清洗溫度60-80℃)，洗掉凸輪表面的油污和雜物。

S5.回火；

清洗完的凸輪隨網(wǎng)帶傳動進入回火爐中回火，回火溫度為200±10℃，回火時間為90-120min。

在S3至S5中，碳氮共滲、淬火、清洗和回火分別在網(wǎng)帶爐中的碳氮共滲主爐、淬火油槽、清洗機和回火爐中依次進行。

S6.第二次振動光飾；

將回火后的凸輪，8mm×8mm電剛玉和工業(yè)堿倒入光飾機中振動約30分鐘，用清水將污漬和堿沖洗干凈，以除去氧化皮、碳黑和油污等污物；

增加第二次振動光飾，可以去除去氧化皮、碳黑和油污等污物，由于完成第一次振動光飾后必須用干凈的清水沖洗干凈，否則會在碳氮共滲時容易粘附碳黑，而且會導致爐襯和其他耐熱合金元件腐蝕，因此增加第二次振動光飾可以去除第一次振動光飾沒有清洗干凈的情況下在碳氮共滲時粘附的碳黑。

應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。