[发明专利]一种铁路货车制动圆销表面可控气氛热处理

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属零件可控气氛热处理，特别是一种铁路货车制动圆销表面可控气氛热处理，主要用于铁路货车制动圆销工件表面脱碳层深度控制热处理。

背景技术

铁路货车制动圆销是铁路货车基础制动装置各杠杆连接的关键零部件之一，在车辆制动和缓解过程中起着重要作用。随着铁路货车运行速度的大大提高，对制动圆销的连接质量提出了更高的要求。目前，《铁路货车制动扁孔圆销和圆销技术条件》对制动圆销的性能质量提出了新的要求，要使制动圆销获得较高的硬度、强度及耐磨等性能，到达技术规范要求，需要对制动圆销表面热处理加以研究改进。

现有的热处理工艺普遍存在易变形、脆性较大和易氧化腐蚀的缺陷，导致制动圆销工件在热处理工艺过程中，表面被氧化，使其表层含碳量下降，形成表面脱碳层。而脱碳会使工件表面的临界冷却速度增大，在淬火时有可能发生奥氏体组织分解；即使奥氏体不分解，淬火后获得的马氏体组织也会因含碳量过低，影响工件的表面硬度与耐磨性。热处理过程中形成的表面脱碳层深度直接影响工件的质量和寿命，难以满足当前铁路货车“高速、重载、安全”的要求。

发明内容

本发明的目的在于：根据现有铁路货车制动圆销表面热处理中的不足，提供一种安全适用、易于操作、可以有效控制工件表面脱碳层深度的铁路货车制动圆销表面可控气氛热处理方法。

本发明为实现上述目的，利用钢的脱碳增碳反应原理，使制动圆销在可控碳势的气氛保护下进行热处理，实现无脱碳。由于制动圆销材料采用40Cr，其材料含碳量在0.4％，在一定的热处理温度下，当热处理炉内气氛碳势与制动圆销材料的含碳量一致时，即炉内碳势控制在0.4％时，不产生脱碳现象，即可达到有效控制制动圆销表面脱碳层深度的热处理目的。

进一步说明，气氛碳势的大小取决于气氛中不同性质气体组分的体积比值，通过控制通入热处理炉内的气体配比比例及通入量，可控制炉内碳势大小，即可达到有效控制制动圆销表面脱碳层深度的热处理目的。但由于在实际生产中，不可避免地会将氧气、水分及二氧化碳带入热处理炉内，为防止工件氧化和脱碳，必须加入一定比例的富化气，使炉内气氛具有一定强度的碳还原性。

本发明为实现上述目的，采用如下技术解决方案：

本发明所述的可控气氛是由氮气与甲醇及富化气高温裂解的气体组分所构成的氮基气氛。其中，富化气采用丙烷气体，丙烷具有强渗碳性，且丙烷裂解充分完全，可与甲醇混合作为中碳势气氛。

本发明中将一定比例的氮气、甲醇、丙烷等气体通入热处理炉内，炉内温度在850℃～950℃间，甲醇、丙烷在高温下裂变反应，热处理炉内形成一定碳势的氮基气氛；通过测定炉内碳势的高低，控制气体通入量，调整氮气、甲醇及丙烷的混合比例，通过改变炉内气氛基本组成，控制炉内碳势，使气氛碳势与制动圆销含碳量保持一致，从而达到有效控制制动圆销表面脱碳层深度的热处理目的。

本发明中氮气通入量控制在80～120ml/min，甲醇通入量控制在40～60ml/min，富化气丙烷通入量控制在1.2～20ml/min；其炉气气氛组成范围控制在氮气含量59％～61％、氢气含量25％～30％、一氧化碳含量10％～15％。

本发明的有益效果在于能有效控制制动圆销表面热处理脱碳程度，防止工件氧化、脱碳，具有安全适用、经济节能、炉内气氛易于控制、工艺易于操作的优点。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作详细说明。

本发明具体实施例是：在制动圆销表面热处理过程中，将氮气、甲醇、富化气等气体按一定比例通入热处理炉内，氮气、甲醇、丙烷等气体经由电磁阀、流量计控制通入量，控制电磁阀与碳势控制仪相连，碳势控制仪与热处理炉上的氧探头、热电偶相连，利用温度和碳势信号计算出炉内气氛实际碳势。

通过测定炉内碳势的高低，按设定的碳势控制电磁阀的开闭，控制气体通入量，调整氮气、甲醇及丙烷的混合比例，氮气通入量控制在80～120ml/min，甲醇通入量控制在40～60ml/min，富化气丙烷通入量控制在1.2～20ml/min；其炉气气氛组成范围控制在氮气含量59％～61％、氢气含量25％～30％、一氧化碳含量10％～15％。

通过改变炉内气氛基本组成，控制炉内碳势，以满足设定碳势要求，使制动圆销工件在可控的气氛保护下进行热处理，达到有效控制工件表面脱碳层深度的热处理目的，从而保证制动圆销表面脱碳层深度控制在工艺设定值内。