38CrMoAl鎖軸氣體滲氮密集式裝爐的應用

■ 管敏超

鎖軸在連桿式注射機中作為連桿之間的連接關節，在注射機生產周期內起到承受連桿快速往返力矩傳遞的作用，推動注射機模板的開合動作。因此，要求鎖軸具有良好的整體塑韌性、強度，以及較高的表面耐磨性。常見的注射機鎖軸材質為38CrMoAl中碳合金結構鋼，下料后經過調質和機加工，最后進行滲氮及拋光處理。

本文以38CrMoAl鋼注射機鎖軸為研究對象，井式滲氮爐進行氣體滲氮處理，采用兩種不同的裝爐方式，匹配不同的工藝參數得到符合技術要求的零件滲氮效果，同時提升了生產量。

1.產品對象及技術要求

選取一種注塑機常用鎖軸零件，尺寸為φ140mm×720mm，材質為38CrMoAl合金結構鋼，氣體滲氮前已進行調質處理，基體組織為回火索氏體。調質后硬度260～300HBW。氣體滲氮前的零件形狀如圖1所示。

圖1 零件的外形示意

氣體滲氮后要求鎖軸表面硬度≥850HV10，有效硬化層深≥0.5mm，脆性和脈狀氮化物級別≤2級，不得出現針狀或魚骨狀氮化物。有效硬化層深采用硬度法檢測。

2.裝爐方式的選擇

（1）均勻間隔分布式裝爐為了使零件能獲得均勻的滲氮層，每根鎖軸裝爐時均間隔開，裝爐方式為底部承重盤承重，中間夾一層扶正網盤，此扶正網盤上均勻分布著等間距的圓孔，零件從這些圓孔中插入即可。圖2所示為現場實際完成裝爐后準備進爐滲氮的零件。此方式為最常見的裝爐方式。

圖2 均勻間隔式裝爐后的鎖軸

（2）密集團聚式裝爐 由于均勻間隔分布式的裝卸爐現場操作較為不便，零件在插入扶正盤圓孔時易與其發生碰撞造成表面缺陷，工人需非常耐心操作橋式起重機，裝爐和卸爐耗時長，工人勞動強度較大。

在裝爐時嘗試采用將零件密集式擺放，如圖3所示。零件之間僅留肉眼可見的縫隙，裝爐完成后采用捆扎等方式加固，防止零件在橋式起重機吊運過程中傾倒。這種方式可比均勻間隔式的裝卸爐提高2～3倍效率。

圖3 密集團聚式裝爐后的鎖軸

我公司對于鎖軸采用的是常規的二段式滲氮工藝，510℃進行強滲25～28h，540℃進行擴散22～24h。這是適用于均勻間隔裝爐的工藝參數。

為了匹配密集裝爐的零件，適當調整工藝參數，分別在強滲和擴散階段增加了2～4h，確保密集裝爐零件最終能符合既定技術要求。

3.氣體滲氮設備與工裝要求

（1）氣體滲氮設備的要求均勻間隔分布的零件有利于爐內氣氛的流通，因此，此種裝爐方式對于氣體滲氮設備而言要求并不高，爐內風扇風速中速或低速即可。

圖4 鎖軸試樣滲氮后的硬度梯度曲線

圖5 鎖軸試樣的脆性級別（100×）

密集團聚式的零件由于零件之間僅有微小的間隙，爐內氣氛難以流動，對于設備而言要求必須配置大功率風扇，控制爐內風速，流動均勻。

（2）氣體滲氮工裝的要求均勻間隔分布裝爐的零件，由于采用扶正盤插入式，對于扶正盤尺寸要求精度高，且扶正盤圓孔需圓弧過渡，一旦零件撞上圓孔后避免碰傷。圓孔尺寸過大會造成裝爐后零件的不夠垂直，影響滲氮變形量，甚至傾斜的零件與圓孔摩擦造成表面劃傷。圓孔尺寸過小會造成裝爐時難以插入，影響操作可靠性。

密集團聚式工裝則避免了扶正盤等問題，需要考慮的是零件裝爐量加大后，工裝底盤的承載能力。特別是滲氮工裝使用壽命一般在3年以上，必須考慮多次滲氮后工裝的變形量可控。

4.鎖軸氣體滲氮檢測結果分析

將鎖軸分別采用密集團聚式和間隔分布式裝爐一筐，并在裝爐后的零件外側和中心分別放置1個滲氮試樣。滲氮試樣隨同鎖軸一起調質。

（1）硬度梯度和有效滲氮層深度 圖4為4個滲氮試樣的硬度梯度曲線。可看到試樣的表面硬度基本保持920HV，其中密集裝爐外側試樣表面硬度960HV。從曲線走勢比較，密集裝爐試樣的硬度梯度較陡，特別在離試樣表面0.2mm、0.3mm處，硬度值比均勻間隔裝爐的試樣分別低了107HV0.3和75HV0.3。密集裝爐2個試樣的有效滲氮層深度為0.5mm、0.51mm，均勻間隔裝爐的2個試樣有效滲氮層深度為0.56mm、0.58mm。

（2）脆性級別和滲氮物級別 圖5、圖6分別為密集團聚式鎖軸內部中心試樣的脆性級別和滲氮物級別，依據GB/T 11354—2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》判定，脆性為1級，滲氮物級別2級，無針狀或魚骨狀滲氮物。

圖6 鎖軸試樣的滲氮物級別（500×）

5.結語

（1）密集團聚式裝爐相比均勻間隔分布式裝爐，可大幅度提高裝卸爐效率，并減輕了操作者的勞動強度。

（2）密集團聚式裝爐對于要求氣體滲氮爐具有優良的氣氛循環流通能力，工裝務必考慮裝爐量加大后的承載能力和變形量控制范圍。

（3）密集團聚式裝爐可應用于硬度梯度要求相對較低的零件，在近似相同的工藝條件下可獲得與均勻間隔裝爐一致的表面硬度、有效滲氮層深度、脆性和滲氮物級別。