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、加工零件數量少且設備老化故障多不能滿足日益增加的航機批生產任務。該文對彈性軸氣體滲氮工藝進行了研究，制定出合理的彈性軸氣體滲氮工藝方案，實現了彈性軸氣體滲氮，顯著提高了生產效率。

關鍵詞：離子滲氮 氣體滲氮 氮勢 彈性軸

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

批量生產中，僅對某型航機彈性軸（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專用設備，設備陳舊、每爐最多加工4件零件且設備狀態不穩定，主要靠人工經驗控制質量穩定性差，嚴重制約了該型號航機擴大批量生產任務。而現有的精密氣體滲氮爐，裝爐量多，能對氮勢自動精確控制。為了提高生產效率和質量穩定性，對該零件進行氣體滲氮工藝試驗，對試驗結果對比分析，摸索對其采用氣體滲氮的方案，確定合理的工藝方法。

1 試驗過程

零件加工路線為：調質熱處理-粗加工-穩定處理-滾齒-非滲氮面鍍銅-滲氮-除銅-精加工-檢驗-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進行滲氮，零件垂直平穩擺放在料架上，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。

2 試驗結果及分析

滲氮后A、B兩齒部滿足變形≤0.055 mm的要求，桿部變形達到了0.12 mm，不滿足≤0.08 mm的工藝要求。后續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量滿足設計要求；彈性軸內腔非滲氮部位采用鍍銅進行防護，滲氮后剖切一件零件檢查內腔存在0.2 mm深度的漏滲氮層（表1）。

從表2試驗結果來看，氣體滲氮后滲氮層質量能滿足設計要求；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，一是調整零件加工工藝，增大零件滲氮時桿部內、外圓預留磨量，二是設計工裝將零件滲氮時的裝爐由平穩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孔堵塞以減少內腔氮化氣氛的流通。零件內腔有漏滲氮層這是由于彈性軸內腔長度直徑比達到了13從而無法獲得完整均勻的鍍銅層，滲氮時無法起到穩定的防漏滲效果，但采用鍍錫能獲得完整均勻的保護層。

3 驗證性試驗

根據上述工藝試驗結果，調整零件加工工藝，即對零件氣體滲氮工藝試驗時，增大了零件的桿部外圓及內腔預留磨量并在氣體滲氮時，非氮化面改用鍍錫防護，零件裝爐由平穩擺放改為垂直吊掛方式。

3.1 驗證過程

驗證試驗零件的加工路線為：調質熱處理-粗加工-穩定處理-滾齒-非滲氮面鍍錫-滲氮-機加工去除錫層-精加工-檢驗-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進行滲氮，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 試驗結果

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

結果如下所述。

（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外壁未見漏滲氮現象，變形、漏滲問題得到解決。

（2）零件氣體滲氮后滲氮層質量滿足設計要求。從兩輪試驗結果對比，氣體滲氮層質量穩定、可控；彈性軸氣體滲氮后的滲氮層質量與離子滲氮層基本相當。

（3）裝爐由平穩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兩齒部實際變形≤0.05 mm，桿部實際變形≤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腔預留磨量，降低了變形要求，有效保證零件加工后的變形合格率。

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

4 結語

通過工藝試驗，對彈性軸加工工藝的調整，在氣體滲氮前增大桿部外圓及內腔預留磨量，裝爐采用垂直吊掛裝夾方式并對非滲氮面采用鍍錫防護，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，質量穩定性也得到提升。

參考文獻

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