[发明专利]一种铸铁表面快速扫描熔凝硬化的方法

说明书

本发明涉及一种铸铁零件表面快速扫描熔凝硬化的方法，属于金属热处理领域。

铸铁由于具有良好的铸造与切削加工工艺性和减摩性以及价格低廉，在工业上大量用于制造耐磨零件，如机床导轨、滑板、内燃机缸套、曲轴、轴瓦等。为了便于切削加工，铸铁零件毛坯组织都为低硬度的灰口组织，加工至要求精度后一般不再进行硬化热处理，因此耐磨寿命普遍较低，其原因在于铸铁零件整体淬火极易变形开裂，在热处理工艺中是不允许的，而且需要耐磨的仅是表面层，内部没有必要硬化处理。为此工业中已将某些表面硬化的工艺不同程度地用于铸铁零件表面，例如：①.滚轮电接触加热淬火：该方法将通电的水冷铜滚轮滚过铸铁零件表面，靠接触处的大电流快速局部加热而后自冷淬火，获得极薄的淬火硬化层，该工艺效果不明显；②.氧乙炔焰加热表面淬火：该方法简便易行，但工艺稳定性差，能量密度与温度较低，效果一般且组织不均匀，零件变形大，尤其内孔等通风不良处实施该工艺时有爆炸的危险性；③.激光束扫描表面快速熔凝硬化：该方法用高能量密度的高温激光束快速扫描铸铁零件表面，扫过的区域被迅速熔凝成为高硬度的白口组织加淬火组织，硬化效果显著，零件变形小，缺点在于设备投资大、维护困难、零件硬化前需要除油黑化处理，对环境有污染；④.电子束扫描表面快速熔凝硬化：该方法需要在真空容器中实施，效率低、成本高、零件尺寸受限制。等离子束的工业应用首先从切割和喷涂开始，近年来逐渐向表面热处理领域发展。但是迄今为止仅应用非转移式的等离子弧在有限的范围内用于中高碳钢或中高碳合金钢零件的表面淬火，即钢铁零件表面不产生熔融。将这种方式用于工业中大量需要耐磨硬化的铸铁零件时，往往由于铸铁组织是软的石墨加低含碳量的铁素体基体，硬化效果很差。若要使石墨中的碳溶入铁素体，就必须使表面产生快速熔凝。然而非转移的等离子弧仅仅在等离子炬的阴极和阳极之间构成电的回路，电弧产生的大部分热量被阳极所吸收然后由冷却水带走，使阳极喷嘴喷出的等离子束流的能量密度大大降低，将这种等离子束用于铸铁零件表面的快速熔凝效率极低，只能以很慢的速度进行扫描，其结果是零件本身蓄热过多，导致零件变形超差而报废。如果直接利用等离子切割机用转移弧等离子炬进行表面快速扫描熔凝硬化，由于对结构的要求不同及所用气体流量等工艺参数相差较大，阳极烧蚀严重，不仅不能长期稳定工作，而且烧蚀产物会污染被处理的零件表面。

本发明的目的在于提供一种利用申请人申请号为96228948.5的实用新型专利“一种内孔淬火或熔凝硬化用等离子炬”所产生的转移弧等离子束流，对铸铁零件表面快速扫描熔凝获得高硬度白口加淬火组织的硬化方法。

为便于实施本发明方法，现将上述等离子炬的结构说明如下：

该等离子炬的结构主要由阴极绝缘座、阴极铜座、可调式铜阴极与阴极钨杆、旋风绝缘片、阳极座、引弧铜阳极及密封胶圈等组成，上述零件由后压盖与压垫压紧于外壳内，冷却水管、进气管、外包绝缘套的导电杆均与阴极钨杆轴线垂直。下面结合附图说明该等离子炬的结构。

图1为等离子炬的主剖面图(只画出上半部分)，图2为沿图1中B-B线剖开的右视图，图3为沿图1中A-A线剖开的右视图。各图中的图例说明如下：(1)-进气管，(2)-阴极导电杆，(3)-绝缘套，(4)-后压盖，(5)-压垫，(6)-阴极绝缘座，(7)-阴极铜座，(8)-铜阴极，(9)-旋风绝缘片，(10)-阳极座，(11)-阴极钨杆，(12)-引弧铜阳极，(13)-密封胶圈，(14)-外壳，(15)-循环冷却水管，(16)-切向小槽，(17)-档块。

在图1中，进气管(1)、循环冷却水管(15)分别旋接于外壳(14)上，包有绝缘套管(3)的阴极导电杆(2)旋接于阴极铜座(7)上，部件(1)、(2)、(3)、(15)互相平行，共同封装于一刚性外套中(图中未示出)，且与阴极钨杆(11)的轴线相垂直。阴极绝缘座(6)、阴极铜座(7)、可调式铜阴极(8)与阴极钨杆(11)、旋风绝缘片(9)、阳极座(10)、引弧铜阳极(12)及密封胶圈(13)由后压盖(4)与压垫(5)压紧于外壳(14)内，后压盖(4)的外圆周表面滚花，旋风绝缘片(9)在靠近进气管(15)中心线一侧的周边加工出一个容气槽，并在该侧端面切出至少一个切向小槽(16)(如图2所)示。阴极绝缘座(6)和旋风绝缘片(9)部由耐温材料(如陶瓷、耐温塑料等)制作。阴极钨杆(11)呈过盈配合装入铜阴极(8)的中心孔中，铜阴极(8)的外圆为螺纹，后部有螺丝刀槽，旋入阴极铜座(7)中。引弧阳极(12)的中心小孔直径为1mm～5mm，外部循环水槽中镶有一档块(17)(如图3所示)。