弹性轴离子渗氮改气体渗氮工艺研究

摘 要：弹性轴离子渗氮加工通用性差、加工零件数量少且设备老化故障多不能满足日益增加的航机批生产任务。该文对弹性轴气体渗氮工艺进行了研究，制定出合理的弹性轴气体渗氮工艺方案，实现了弹性轴气体渗氮，显著提高了生产效率。

关键词：离子渗氮 气体渗氮 氮势 弹性轴

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0048-02

批量生产中，仅对某型航机弹性轴（为重要件，材料为40CrNiMoA，为长600 mm的空心薄壁轴，两端为A、B两个不同大小直齿）两端齿部进行离子渗氮，氮化后杆部、齿部变形控制能满足要求；而离子渗氮炉是自制非标专用设备，设备陈旧、每炉最多加工4件零件且设备状态不稳定，主要靠人工经验控制质量稳定性差，严重制约了该型号航机扩大批量生产任务。而现有的精密气体渗氮炉，装炉量多，能对氮势自动精确控制。为了提高生产效率和质量稳定性，对该零件进行气体渗氮工艺试验，对试验结果对比分析，摸索对其采用气体渗氮的方案，确定合理的工艺方法。

1 试验过程

零件加工路线为：调质热处理-粗加工-稳定处理-滚齿-非渗氮面镀铜-渗氮-除铜-精加工-检验-入库（渗氮后杆部跳动≤0.08 mm）。

零件及试料在精密气体渗氮炉内进行渗氮，零件垂直平稳摆放在料架上，渗氮试料分别吊装在两端齿附近。渗氮工艺：500 ℃±5 ℃，1.5～2.5 h，分解率10%～25%升温至530 ℃±5 ℃，90～100 h，分解率74%～84%。弹性轴非渗氮表面采用镀铜防护。

2 试验结果及分析

渗氮后A、B两齿部满足变形≤0.055 mm的要求，杆部变形达到了0.12 mm，不满足≤0.08 mm的工艺要求。后续的校正工序仍不能完全有效地解决杆部变形的问题。

弹性轴采用气体渗氮后渗氮层质量满足设计要求；弹性轴内腔非渗氮部位采用镀铜进行防护，渗氮后剖切一件零件检查内腔存在0.2 mm深度的漏渗氮层（表1）。

从表2试验结果来看，气体渗氮后渗氮层质量能满足设计要求；但存在变形和漏渗等问题。为了解决零件变形问题，从工艺方法上可以从两个方面采取措施，一是调整零件加工工艺，增大零件渗氮时杆部内、外圆预留磨量，二是设计工装将零件渗氮时的装炉由平稳摆放改为垂直吊挂方式从而减小渗氮时的变形且将零件两头内孔堵塞以减少内腔氮化气氛的流通。零件内腔有漏渗氮层这是由于弹性轴内腔长度直径比达到了13从而无法获得完整均匀的镀铜层，渗氮时无法起到稳定的防漏渗效果，但采用镀锡能获得完整均匀的保护层。

3 验证性试验

根据上述工艺试验结果，调整零件加工工艺，即对零件气体渗氮工艺试验时，增大了零件的杆部外圆及内腔预留磨量并在气体渗氮时，非氮化面改用镀锡防护，零件装炉由平稳摆放改为垂直吊挂方式。

3.1 验证过程

验证试验零件的加工路线为：调质热处理-粗加工-稳定处理-滚齿-非渗氮面镀锡-渗氮-机加工去除锡层-精加工-检验-入库（渗氮后杆部跳动要求≤0.12 mm）。

零件及试料在精密气体渗氮炉内进行渗氮，零件垂直吊挂在料架上，渗氮试料分别吊装在两端齿附近。渗氮工艺：500 ℃±5 ℃，1.5～2.5 h，分解率10%～25%升温至530 ℃±5 ℃，90～100 h，分解率74%～84%。

3.2 试验结果

渗氮前后对零件A、B两端齿部位及杆部变形情况进行测量，测量情况见表3，渗氮后取试料并剖切一件零件进行渗氮层质量检查，检查情况见表4。

结果如下所述。

（1）该批零件A、B两齿轮部位满足变形≤0.055 mm的要求，杆部变形满足≤0.12 mm的工艺要求；剖切1#零件检查零件中间内外壁未见漏渗氮现象，变形、漏渗问题得到解决。

（2）零件气体渗氮后渗氮层质量满足设计要求。从两轮试验结果对比，气体渗氮层质量稳定、可控；弹性轴气体渗氮后的渗氮层质量与离子渗氮层基本相当。

（3）装炉由平稳摆放改为垂直吊挂方式有效地减少了零件的变形量，渗氮后A、B两齿部实际变形≤0.05 mm，杆部实际变形≤0.06 mm，变形情况有了较大改善，并通过增大零件的杆部外圆及内腔预留磨量，降低了变形要求，有效保证零件加工后的变形合格率。

（4）采用镀锡进行非渗氮面防护，零件内腔能够获得完整的镀锡层，渗氮时零件内腔能得到有效防护。

4 结语

通过工艺试验，对弹性轴加工工艺的调整，在气体渗氮前增大杆部外圆及内腔预留磨量，装炉采用垂直吊挂装夹方式并对非渗氮面采用镀锡防护，弹性轴可以采用气体渗氮工艺代替离子渗氮工艺，零件装炉量由4件/炉提高到12件/炉，质量稳定性也得到提升。

参考文献

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