。而本發(fā)明的表面可控復(fù)合強化處理可在鍛鋼曲軸材料表面產(chǎn)生納米晶以及在表層一定深度范圍內(nèi)(幾百微米)產(chǎn)生梯度組織細化結(jié)構(gòu)，利用納米結(jié)構(gòu)進行強化可大幅度提高曲軸材料的表面硬度(提升幅度lGPa左右)，并且由于曲軸使役溫度較低(100°C以下)，納米晶在該使役溫度區(qū)間熱穩(wěn)定性良好，因此納米結(jié)構(gòu)強化效果的可靠性及持久性較高。
【附圖說明】
[0019]圖1為鍛鋼曲軸用42CrMoA合金鋼表面可控復(fù)合強化原理示意圖；其中:(a)熱處理；(b)表面機械滾壓納米化處理；圖(c)為圖(b)的右視圖(部分)。
[0020]圖中:1-鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件；2-熱處理爐(電阻加熱爐或中頻感應(yīng)淬火爐);3-表面機械滾壓納米化加工頭；4_硬質(zhì)合金滾珠；5_支撐底座；6_潤滑油路；7_卡盤；8-尾架頂尖；9_刀架；10_梯度組織細化結(jié)構(gòu)層。
[0021]圖2為熱處理(調(diào)質(zhì)處理)之后的42CrMoA合金鋼微觀組織照片。
[0022]圖3為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(調(diào)質(zhì)處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面微觀組織照片。
[0023]圖4為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(調(diào)質(zhì)處理+表面機械滾壓納米化處理)后表面XRD圖譜。
[0024]圖5為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(調(diào)質(zhì)處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
[0025]圖6為熱處理(中頻淬火處理+240°C低溫回火處理工藝)之后的42CrMoA合金鋼微觀組織照片。
[0026]圖7為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+240°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面微觀組織照片。
[0027]圖8為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+240°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表面XRD圖譜。
[0028]圖9為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+240°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
[0029]圖10為熱處理(中頻淬火處理+210°C低溫回火處理工藝)之后的42CrMoA合金鋼微觀組織照片。
[0030]圖11為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+210°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面微觀組織照片。
[0031]圖12為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+210°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表面XRD圖譜。
[0032]圖13為42CrMoA合金鋼經(jīng)表面可控復(fù)合強化方法處理(中頻淬火處理+210°C低溫回火處理+表面機械滾壓納米化處理)后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0034]本發(fā)明提出一種表面可控復(fù)合強化的方法，該方法將熱處理(調(diào)質(zhì)處理或中頻淬火+低溫回火處理)與表面機械滾壓納米化處理相結(jié)合，對鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件(42CrMoA合金鋼)進行表面可控復(fù)合強化處理，其原理示意圖如圖1所示。其中:表面機械滾壓納米化處理是在表面機械滾壓納米化加工系統(tǒng)上實現(xiàn)，如圖l(b)_(c)所示，該加工系統(tǒng)由表面機械滾壓納米化加工頭3以及自動變位系統(tǒng)組成；所述表面機械滾壓納米化加工頭包括硬質(zhì)合金滾珠4、支撐底座5及潤滑油路6 ;所述硬質(zhì)合金滾珠4設(shè)在支撐底座5末端并能夠自由滾動，所述潤滑油路6設(shè)于支撐底座5內(nèi)，潤滑油路的兩端與外界連通，其中一端為潤滑液供給入口，另一端用于對硬質(zhì)合金滾珠的潤滑；所述自動變位系統(tǒng)包括刀架9和尾架，所述尾架包括卡盤7和尾架頂尖8，所述鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1的一端安裝在卡盤7內(nèi)，另一端的端面由尾架頂尖8頂住，通過控制卡盤的運動實現(xiàn)鍛鋼曲軸材料動作(轉(zhuǎn)動)；所述表面機械滾壓納米化加工頭的支撐底座5固定在自動變位系統(tǒng)的刀架9上，通過機床控制所述刀架9和鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1的動作。
[0035]本發(fā)明方法的具體實施過程如下:
[0036]首先對鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件(42CrMoA合金鋼)1進行熱處理。根據(jù)曲軸的設(shè)計要求，采用不同的熱處理工藝對鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1進行熱處理，以得到不同的硬度及強塑性的組織結(jié)構(gòu)。
[0037]對于塑性要求較高、硬度要求相對較低的曲軸，選用調(diào)質(zhì)處理工藝。首先對42CrMoA合金鋼1進行正火預(yù)處理，正火溫度為860-900 °C，保溫時間為200-300min，冷卻方式為空冷。然后對42CrMoA合金鋼1進行淬火處理，淬火可采用電阻加熱爐淬火或中頻感應(yīng)淬火。采用電阻加熱爐淬火時，熱處理爐(電阻加熱爐)2淬火溫度為830-860°C，保溫時間為220-280min，冷卻方式采用淬火液進行油冷；采用中頻感應(yīng)淬火時，在熱處理爐(中頻感應(yīng)淬火爐)2中進行，淬火溫度為830-860°C，主要控制參數(shù)為淬火功率和加熱時間，參數(shù)選擇的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)曲軸用鋼的尺寸及硬度要求綜合確定。淬火之后，采用高溫回火處理以獲得回火索氏體的組織結(jié)構(gòu)，回火溫度為620-660°C，保溫時間為300-350min，冷卻方式為空冷?；鼗鸷筮M行時效處理，溫度為580-650°C，時效時間為300-400min。調(diào)質(zhì)處理最終得到的鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1的硬度達到HRC 28以上。
[0038]對于塑性要求較低、硬度要求相對較高的曲軸，選用中頻淬火+低溫回火處理工藝。中頻感應(yīng)淬火同樣是在熱處理爐(中頻感應(yīng)淬火爐)2中進行，淬火溫度為830-860°C，低溫回火溫度170-240°C，保溫時間為60-120min，保溫后空冷，最終得到的回轉(zhuǎn)件表層較大深度范圍內(nèi)(彡3mm)為馬氏體組織，表面硬度達到HRC 52以上。
[0039]對熱處理之后的鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1按照尺寸要求進行矯直或機械加工，然后對其進行表面機械滾壓納米化處理。也可在保證尺寸精度的基礎(chǔ)上對熱處理之后的鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1直接進行表面機械滾壓納米化處理。表面機械滾壓納米化處理具體過程如下:
[0040]把鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1裝夾到表面機械滾壓納米化系統(tǒng)上，采用卡盤7與尾架頂尖8夾持方式進行裝夾，裝夾后鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1外圓的跳動控制在5 μπι以內(nèi)；表面機械滾壓納米化加工頭3固定在自動變位系統(tǒng)的刀架9上。進行鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1的表面機械滾壓納米化加工程序預(yù)設(shè)，按照設(shè)定好的程序進行處理。在鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1以線速度旋轉(zhuǎn)的同時，控制刀架9在X方向(回轉(zhuǎn)件徑向)的位移，使表面機械滾壓納米化加工頭3中的可自由轉(zhuǎn)動的硬質(zhì)合金滾珠4端部壓入鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1表面一定深度△ Xl (1 < i < η)，支撐底座5為硬質(zhì)合金滾珠4提供支撐，同時潤滑油路6對滾珠4及鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1接觸區(qū)域進行潤滑，然后刀架9沿Ζ方向(回轉(zhuǎn)件軸向)以線速度ν2進給至設(shè)定長度即完成一次處理，如此進行η次處理，每次處理長度內(nèi)Δχ ^呆持固定。
[0041]經(jīng)過上述表面可控復(fù)合強化之后，鍛鋼曲軸材料回轉(zhuǎn)件1表面產(chǎn)生梯度組織細化結(jié)構(gòu)層10。表層晶粒細化至納米量級，表面硬度提高，表層材料隨深度方向的硬度呈梯度分布，同時材料表面的光潔度提高，從而實現(xiàn)了鍛鋼曲軸用42CrMoA合金鋼1組織結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、表面光潔度及硬度分布的可控制備。
[0042]下面結(jié)合具體實施例詳細說明本發(fā)明。
[0043]實施例1
[0044]鍛鋼曲軸用42CrMoA合金鋼的化學(xué)成分為(wt.% ):C 0.41%，Si 0.23%,Mn0.75%, S 0.024%, P 0.015%, Cr 1.12%,Mo 0.22%, Cu 0.02%，F(xiàn)e 余量。42CrMoA 合金鋼的供貨態(tài)為鍛造態(tài)，試棒的直徑為20mm(用于表面機械滾壓納米化處理的尺寸)。
[0045]采用本發(fā)明的表面可控復(fù)合強化方法對鍛鋼曲軸用42CrMoA合金鋼進行處理，具體過程如下:(1)采用熱處理工藝(調(diào)質(zhì)處理)對42CrMoA合金鋼進行熱處理。首先對42CrMoA合金鋼進行正火預(yù)處理，正火溫度為900°C，保溫時間為300min，冷卻方式為空冷。然后對42CrMoA合金鋼進行淬火處理，采用電阻加熱爐淬火。電阻加熱爐淬火溫度為850°C，保溫時間為280min，冷卻方式采用淬火液進行油冷。淬火之后，采用高溫回火處理以獲得回火索氏體的組織結(jié)構(gòu)，回火溫度為660°C，保溫時間為350min，冷卻方式為空冷?；鼗鸷筮M行時效處理，溫度為620°C，時效時間為400min。經(jīng)過熱處理之后的42CrMoA合金鋼微觀組織如圖2所示，表面硬度為3.0GPao (2)對熱處理之后的42CrMoA合金鋼進行表面機械滾壓納米化處理。42CrMoA合金鋼試棒旋轉(zhuǎn)速度ν:= 1.9Χ 10 4mm/min ;表面機械滾壓納米化加工頭進給速度v2= 1X10 2mm/r ;硬質(zhì)合金滾珠端部壓入42CrMoA合金鋼表面的深度 Δ Xj= 50 μm, Δ χ 2= 100 μm，Δ χ 3= 150 μπι。
[0046]實驗結(jié)果表明，經(jīng)過