[发明专利]氮等离子弧表面淬火工艺

说明书

本发明属于钢铁表面淬火技术。

现有技术中，采用高密度能量射束对钢铁表面淬火的方法。主要有激光束和电子束，它们极大的显示了工艺周期短、互件变形小、可控性好、表面光洁等优点，因此受到国内外很多大企业的重视。

但是，激光束装置造价昂贵，一台1千瓦级的机器价格为18万美元（美国通用电话电子公司制）。电子束装置一台千瓦级的机器价格也在十万元以上，而且必须在真空条件下工作。两种机器的维修要求都很高。

因为上述原因，使得它们的推广应用受到极大的限制，尤其是中小型企业。

本发明的目的，在于采用一种能量密度和射束性能可满足钢铁表面淬火工艺要求，成本低廉，工作可靠的高温射束，以部分代取激光和电子束表面淬火工艺。

氮等离子弧（即氮压缩电弧）弧焰呈柱状，能量密度可达1×10⁵瓦/厘米²以上，温度达10000℃以上，可控性好、氮气价格便宜（（只有氩气的1/5-1/7），由于它本身是流体束，所以既能对加热表面起保护作用，又能在钢铁表面形成耐磨，耐腐蚀的氮化铁组织，用它作钢铁表面淬火热源较合适，现有技术中、氮等离子弧只是用作金属切割和喷涂的热源。

氮等离子弧钢铁表面淬火，就是用氮等离子弧对钢铁表面进行扫描加热使其表层以2000℃/秒以上的速度升到相变温度以上，自冷至常温，以改变表层金相组织达到提高表层硬度的目的。

为不使热量传入不须加热的心部，氮等离子弧加热的扫描速度要比切割和焊接大1～10倍，淬火后，钢铁表面组织为莱氏体或细小马氏体，深度在0.05～1mm。硬度在HV500～1100。

本发明的实施方法如下：

将待淬火的工件夹装在普通机床或专用机床的夹盘或工作台上，氮等离子枪固定在刀架上，调整喷嘴到工件的距离在2～15mm间选择，如果工件是断续表面，使用非转移弧为好。

使用转移弧，各项参数在以下范围内选择，气体流量0.6～4升/分，电流5～200A，工作电压（直流）40～140V，喷嘴孔径0.6～6mm。

使用非转移弧，各项参数在以下范围内选择，气体流量1.5～30升/分，电流30～300A，工作电压（直流）20～80V，喷嘴孔径1～6mm。

如使用联合弧，则转移弧与非转移电流之和不大于300A。

使用弧柱电流较大的，则使用较大气流和喷嘴孔径，电流较小则反之。

有时为改善弧柱特性，在氮气回路加入0～40%的其它气体。

刀架走刀量在喷嘴孔径的3/4～5/6之间选择，扫描加热运动如同机床切削金属。对于只需网纹淬火的工艺，离子枪在与工件相对前进的同时作横向摆动。

扫描加热的线速度在0.6～6米/分之间选择，在其余各项参数相同的条件下，线速度越大淬火深度越浅。

氮等离子弧表面淬火深度在0.05～1mm。

根据需要在以上范围内选择一组参数。即可得所需要的淬火深度和硬度，当淬深在0.2mm以内时无查觉变形。

氮等离子弧设备造价低，只有激光设备价格的十分之一到几十分之一，淬火层光洁，工艺简便，易于实现自动化。特别适用于内燃机汽缸内壁、活塞环、机床导轨、模具、刀具等的最终加工。