38CrMoAl锁轴气体渗氮密集式装炉的应用

■ 管敏超

锁轴在连杆式注射机中作为连杆之间的连接关节，在注射机生产周期内起到承受连杆快速往返力矩传递的作用，推动注射机模板的开合动作。因此，要求锁轴具有良好的整体塑韧性、强度，以及较高的表面耐磨性。常见的注射机锁轴材质为38CrMoAl中碳合金结构钢，下料后经过调质和机加工，最后进行渗氮及抛光处理。

本文以38CrMoAl钢注射机锁轴为研究对象，井式渗氮炉进行气体渗氮处理，采用两种不同的装炉方式，匹配不同的工艺参数得到符合技术要求的零件渗氮效果，同时提升了生产量。

1.产品对象及技术要求

选取一种注塑机常用锁轴零件，尺寸为φ140mm×720mm，材质为38CrMoAl合金结构钢，气体渗氮前已进行调质处理，基体组织为回火索氏体。调质后硬度260～300HBW。气体渗氮前的零件形状如图1所示。

图1 零件的外形示意

气体渗氮后要求锁轴表面硬度≥850HV10，有效硬化层深≥0.5mm，脆性和脉状氮化物级别≤2级，不得出现针状或鱼骨状氮化物。有效硬化层深采用硬度法检测。

2.装炉方式的选择

（1）均匀间隔分布式装炉为了使零件能获得均匀的渗氮层，每根锁轴装炉时均间隔开，装炉方式为底部承重盘承重，中间夹一层扶正网盘，此扶正网盘上均匀分布着等间距的圆孔，零件从这些圆孔中插入即可。图2所示为现场实际完成装炉后准备进炉渗氮的零件。此方式为最常见的装炉方式。

图2 均匀间隔式装炉后的锁轴

（2）密集团聚式装炉 由于均匀间隔分布式的装卸炉现场操作较为不便，零件在插入扶正盘圆孔时易与其发生碰撞造成表面缺陷，工人需非常耐心操作桥式起重机，装炉和卸炉耗时长，工人劳动强度较大。

在装炉时尝试采用将零件密集式摆放，如图3所示。零件之间仅留肉眼可见的缝隙，装炉完成后采用捆扎等方式加固，防止零件在桥式起重机吊运过程中倾倒。这种方式可比均匀间隔式的装卸炉提高2～3倍效率。

图3 密集团聚式装炉后的锁轴

我公司对于锁轴采用的是常规的二段式渗氮工艺，510℃进行强渗25～28h，540℃进行扩散22～24h。这是适用于均匀间隔装炉的工艺参数。

为了匹配密集装炉的零件，适当调整工艺参数，分别在强渗和扩散阶段增加了2～4h，确保密集装炉零件最终能符合既定技术要求。

3.气体渗氮设备与工装要求

（1）气体渗氮设备的要求均匀间隔分布的零件有利于炉内气氛的流通，因此，此种装炉方式对于气体渗氮设备而言要求并不高，炉内风扇风速中速或低速即可。

图4 锁轴试样渗氮后的硬度梯度曲线

图5 锁轴试样的脆性级别（100×）

密集团聚式的零件由于零件之间仅有微小的间隙，炉内气氛难以流动，对于设备而言要求必须配置大功率风扇，控制炉内风速，流动均匀。

（2）气体渗氮工装的要求均匀间隔分布装炉的零件，由于采用扶正盘插入式，对于扶正盘尺寸要求精度高，且扶正盘圆孔需圆弧过渡，一旦零件撞上圆孔后避免碰伤。圆孔尺寸过大会造成装炉后零件的不够垂直，影响渗氮变形量，甚至倾斜的零件与圆孔摩擦造成表面划伤。圆孔尺寸过小会造成装炉时难以插入，影响操作可靠性。

密集团聚式工装则避免了扶正盘等问题，需要考虑的是零件装炉量加大后，工装底盘的承载能力。特别是渗氮工装使用寿命一般在3年以上，必须考虑多次渗氮后工装的变形量可控。

4.锁轴气体渗氮检测结果分析

将锁轴分别采用密集团聚式和间隔分布式装炉一筐，并在装炉后的零件外侧和中心分别放置1个渗氮试样。渗氮试样随同锁轴一起调质。

（1）硬度梯度和有效渗氮层深度 图4为4个渗氮试样的硬度梯度曲线。可看到试样的表面硬度基本保持920HV，其中密集装炉外侧试样表面硬度960HV。从曲线走势比较，密集装炉试样的硬度梯度较陡，特别在离试样表面0.2mm、0.3mm处，硬度值比均匀间隔装炉的试样分别低了107HV0.3和75HV0.3。密集装炉2个试样的有效渗氮层深度为0.5mm、0.51mm，均匀间隔装炉的2个试样有效渗氮层深度为0.56mm、0.58mm。

（2）脆性级别和渗氮物级别 图5、图6分别为密集团聚式锁轴内部中心试样的脆性级别和渗氮物级别，依据GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》判定，脆性为1级，渗氮物级别2级，无针状或鱼骨状渗氮物。

图6 锁轴试样的渗氮物级别（500×）

5.结语

（1）密集团聚式装炉相比均匀间隔分布式装炉，可大幅度提高装卸炉效率，并减轻了操作者的劳动强度。

（2）密集团聚式装炉对于要求气体渗氮炉具有优良的气氛循环流通能力，工装务必考虑装炉量加大后的承载能力和变形量控制范围。

（3）密集团聚式装炉可应用于硬度梯度要求相对较低的零件，在近似相同的工艺条件下可获得与均匀间隔装炉一致的表面硬度、有效渗氮层深度、脆性和渗氮物级别。