一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機械加工鋼鐵制件粉末滲鋅的無氫脆、低表面損傷處理工藝，屬 于熱表處理領域中的粉末滲鋅技術。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)"鋼鐵制件粉末滲鋅技術"。粉末滲鋅又稱熱滲鋅，是固態(tài)多元共滲表面強化 技術中的一種。固態(tài)多元共滲表面強化技術是利用加熱狀態(tài)下金屬原子的滲透擴散作用， 將一種或多種金屬元素滲入到金屬制件表面形成一種合金防護層的一類化學熱處理工藝， 2008年出版的美國ASTM標準將這種工藝形成的防護涂層稱為熱擴散涂層，通過熱擴散涂 層處理工藝可以明顯改善金屬材料表面耐腐蝕、耐磨損、抗氧化及抗沖擊等使用性能，有效 擴大金屬材料的應用范圍。
[0003] 粉末滲鋅就是一種具體的熱擴散表面強化技術，它利用加熱狀態(tài)下鋅元素擴散進 入鋼鐵結構件表面制備Zn-Fe合金保護層的一種化學熱處理工藝，粉末滲鋅涂層可以有效 改善和提高鋼鐵結構件表面的抗腐蝕、抗表面氧化及耐磨損性能。綜合分析機械行業(yè)標準 JB/T 5067-1999《鋼鐵制件粉末滲鋅》、歐洲標準EN 13811-2003《鐵制品的鋅擴散涂層詳 細規(guī)范》及國內/國外粉末滲鋅過程等資料，可知國內/國外粉末滲鋅的基本工藝流程如附 圖1所示，主要包括前處理、熱滲鋅和后處理等3個過程。
[0004] 前處理為將制件表面的油污、銹跡清理干凈，一般使用的工藝方法為酸洗、噴丸或 噴砂，但這3種方法均有不同的局限性。
[0005] 酸洗是通過化學反應的方法去除鋼鐵制件表面的油污、銹跡，但同時會在化學反 應過程中產生氫原子而進入鋼鐵制件中。由于氫原子活性很大，其在制件中各處活動會產 生2種后果：1)制件在非受力狀態(tài)下，氫原子在制件中聚集形成氫分子，氫分子在積聚部位 膨脹產生內應力，進而使制件產生氫脆微裂紋，導致制件受力時極易斷裂。2)制件在受力狀 態(tài)下，氫原子在制件中活動，逐漸積聚為氫分子。氫分子在積聚部位膨脹產生內應力，進而 使制件產生氫脆延遲微裂紋，導致制件受力后極易斷裂。因此，該方法一般不適合機械加工 鋼鐵制件。
[0006] 噴丸或噴砂是通過連續(xù)機械打擊的方法去除鋼鐵制件表面的油污、銹跡，但同時 會在制件表面留下機械損傷。對于表面要求不高的制件，該種方法可以適用；對于表面不能 大面積損傷的制件，該種方法不能適用。而機械加工鋼鐵制件的表面一般已經(jīng)過加工，噴丸 或噴砂會損傷制件的形位公差和表面形態(tài)，因而該方法一般不適合機械加工鋼鐵制件。
[0007] 由以上可知，酸洗、噴丸或噴砂等工藝不適合于機械加工鋼鐵制件粉末滲鋅的前 處理。
[0008] 加熱滲鋅是將鋼鐵制件、鋅粉及惰性沖擊介質混合填充在密封的不銹鋼容器中， 并將容器放置在熱處理爐中，在容器旋轉的情況下加熱到360°C?450°C并保溫一段時間， 利用金屬原子的擴散作用，在構件表面形成Fe/Zn合金保護層。
[0009] 由加熱滲鋅的過程可知，其是一個中溫回火的過程，在滲鋅過程中無引入氫原子 的環(huán)境，因而不會出現(xiàn)像化學鍍鋅一樣因引入氫原子而導致的氫脆傾向。此外，此溫度下吸 入鋼基體的氫原子可大部分擴散逸出，因而有一定去氫處理（多200°C，保溫8h?24h)的效 果。但只能除去大部分氫原子，不能除去全部氫原子，也不能除去氫分子。因此，加熱滲鋅 過程不能完全消除由于酸洗給機械加工鋼鐵制件帶來的氫脆隱患。
[0010] 另外，與傳統(tǒng)的粉末包埋化學熱處理工藝不同（將制件包埋在粉末中在靜止狀態(tài) 下加熱)，工業(yè)化粉末滲鋅過程是在不斷滾動狀態(tài)下進行加熱處理，粉末混合物與工件之間 的機械摩擦、沖擊作用不僅有利于新鮮擴散滲劑與被處理界面的緊密接觸，而且使得被加 熱介質溫度場均勻化，并有效促進冶金擴散化學反應。
[0011] 制件在不斷滾動、摩擦、沖擊狀態(tài)下，雖然惰性沖擊介質可起到相當大的阻隔及緩 沖作用，但難免會出現(xiàn)制件間、制件與容器間、制件與工裝間相互碰撞，導致制件表面形態(tài) 出現(xiàn)輕量損傷。因此，加熱滲鋅過程不能杜絕機械加工鋼鐵制件表面形態(tài)損傷。
[0012] 由上分析可知，傳統(tǒng)粉末滲鋅工藝會使機械加工鋼鐵制件出現(xiàn)氫脆隱患，或大面 積損傷工件而致使其形位公差及表面形態(tài)質量下降，因而不適合于機械加工鋼鐵制件粉末 滲鋅，即粉末滲鋅技術難以在機械加工鋼鐵制件中廣泛應用。

【發(fā)明內容】

[0013] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術的不足，所要解決的技術問題是機械加工鋼鐵制件在粉末滲 鋅工藝中的氫脆問題和損傷嚴重的問題。
[0014] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種機械加工鋼鐵制件無氫 脆低表面損傷粉末滲鋅方法，通過采取鋼鐵制件機械加工后防銹處理、無氫脆粉末滲鋅前 處理、無表面損傷粉末滲鋅前處理、低表面損傷加熱滲鋅處理的技術方案，使機械加工鋼鐵 制件可實現(xiàn)無氫脆、低損傷粉末滲鋅。具體如下。
[0015] 1、防銹處理 機械加工鋼鐵制件在完成精加工或最終加工后，表面或加工表面涂防銹油（如Q/ TSH063-2003防銹油201)進行油封，從而防止制件加工表面氧化銹蝕。制件在粉末滲鋅前 不再進行其它表面處理。
[0016] 這樣處理后，既解決了防銹問題，又防止了其它表面處理中酸洗過程對制件造成 的氫脆影響。
[0017] 2、無氫脆及表面損傷的前處理 機械加工鋼鐵制件粉末滲鋅的前處理方法為： 1)對已加工面、非噴射面用工裝遮擋、麻繩捆扎、報紙粘貼覆蓋等方式防護后，對未加 工面采用噴砂或噴丸的方法將銹跡、油污等去除干凈。
[0018] 工裝遮擋：設計制做專用工藝裝備，裝在制件需防護表面上，用工裝作為防護物， 以使這些表面免受噴砂或噴丸損傷。
[0019] 麻繩捆扎：用麻繩捆扎包裹在制件需防護表面上，用麻繩作為防護物，以使這些表 面免受噴砂或噴丸損傷。
[0020] 報紙粘貼覆蓋：用報紙粘貼覆蓋在制件需防護表面上，用報紙作為防護物，以使這 些表面免受噴砂或噴丸損傷。
[0021] 在實際工作中，可以根據(jù)需要將上述三種防護方式取其兩種或三種組合使用。
[0022] 2)去除防護物，用超聲波清洗的方式將制件表面的油跡去除干凈。超聲波清洗的 條件見表1。
【主權項】
1. 一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方法，包括、前處理、加熱滲鋅和 后處理，其特征在于： 1) 對機械加工鋼鐵制件防銹處理 機械加工鋼鐵制件在完成精加工或最終加工后，表面或加工表面涂防銹油進行油封， 在粉末滲鋅前處理工藝前不再進行其它表面處理； 2) 前處理 用超聲波清洗的方式將制件表面的油跡去除干凈； 3) 加熱滲鋅 制件裝爐前，采用工裝隔離、鐵絲網(wǎng)捆扎或容器少裝制件的方式處理后，對制件進行熱 滲鋅。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方法，其 特征在于： 超聲波清洗前對機械加工鋼鐵制件的已加工面、非噴射面進行防護后，對未加工面采 用噴砂或噴丸的方法將銹跡、油污等去除干凈；然后去除防護物，用超聲波清洗的方式將制 件已加工面、非噴射面的油跡去除干凈； 所述防護的方法為工裝遮擋、麻繩捆扎或報紙粘貼覆蓋。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方 法，其特征在于所述超聲波清洗的條件為：溫度75-85°C，超聲頻率40-60HZ，清洗總時間 8_15min〇
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方法，其 特征在于所述超聲波清洗的工藝流程為：上料一超聲波粗洗一風刀切水一噴淋漂洗一風刀 切水一超聲波漂洗一風刀切水一下料；超聲清洗的過程由超聲清洗設備自動控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機械加工鋼鐵制件粉末滲鋅的無氫脆、低表面損傷處理工藝，屬于熱表處理領域中的粉末滲鋅技術；所要解決的技術問題是機械加工鋼鐵制件在粉末滲鋅工藝中的氫脆問題和損傷嚴重的問題；采用的技術方案為：一種機械加工鋼鐵制件無氫脆低表面損傷粉末滲鋅方法，通過采取鋼鐵制件機械加工后防銹處理、無氫脆粉末滲鋅前處理、無表面損傷粉末滲鋅前處理、低表面損傷加熱滲鋅處理的技術方案，使機械加工鋼鐵制件可實現(xiàn)無氫脆、低損傷粉末滲鋅。
【IPC分類】C23C10-36
【公開號】CN104561889
【申請?zhí)枴緾N201410780434
【發(fā)明人】王威, 上官洛奎, 孔令飛, 沈云霄, 艾敏, 李海燕, 崔沈澤, 申素梅, 朱淼
【申請人】長治清華機械廠, 中國運載火箭技術研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月17日