CN108823523A - 一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，它涉及一种对圆锥滚子表面进行改性的方法。本发明的目的是要解决使用现有工装对圆锥滚子进行改性时圆锥滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，圆锥滚子与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次圆锥滚子的渗层不均匀的问题。方法：一、使用钢材料加工刃型支架；二、组装圆锥滚子化学热处理专用工装；三、将多个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上；四、利用表面改性设备对圆锥滚子化学热处理专用工装上的多个圆锥滚子进行表面改性，得到表面改性后的圆锥滚子。本发明适用于对圆锥滚子表面改性。
Description
技术领域
本发明涉及一种对圆锥滚子表面进行改性的方法。
背景技术
轴承部件是机械设备必不可少的通用化标准化零部件，应用范围广泛，社会需求量巨大。轴承部件的机械性能需要达标，但由于工装的技术限制，目前对滚动轴承的滚动体圆锥滚子的表面改性达不到技术的要求，因此，圆锥滚子的表面改性未得到应用，其中，对圆锥滚子进行氮化处理时存在的问题具体如下：
(1)、圆锥滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，导致遮挡面的表面改性不充分；
(2)、圆锥滚子与圆锥滚子之间，圆锥滚子与工装之间接触面过大，导致同一圆锥滚子渗层不均匀；
(3)、料筐深度至少为圆锥滚子直径(大端面)的几倍以上，影响筐壁附近圆锥滚子的表面改性效果，导致同批次圆锥滚子渗层的不均匀；
对圆锥滚子进行渗碳或氰化处理时存在的问题具体如下：
(1)、圆锥滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，导致遮挡面的渗碳或氰化不充分；
(2)、圆锥滚子与圆锥滚子之间，圆锥滚子与工装之间接触面过大，导致同一圆锥滚子渗层不均匀；
(3)、料筐深度至少为圆锥滚子直径(大端面)的几倍以上，影响筐壁附近圆锥滚子的渗碳或氰化效果，导致同批次圆锥滚子渗层的不均匀。
发明内容
本发明的目的是要解决使用现有工装对圆锥滚子进行改性时圆锥滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，圆锥滚子与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次圆锥滚子的渗层不均匀的问题，而提供一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法。
一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到圆锥滚子化学热处理专用工装；
三、将多个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上，且每两个圆锥滚子之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对圆锥滚子化学热处理专用工装上的多个圆锥滚子进行表面改性，得到表面改性后的圆锥滚子，即完成一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
本发明的有益效果：
一、采用本发明的方法，虽然圆锥滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性碳、碳与氮原子因碳、碳与氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的渗碳或氰化工艺过程中的渗层一致性问题；
二、采用本发明的方法，虽然圆锥滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性氮原子因氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的氮化工艺过程中的渗层一致性问题；
三、采用本发明的圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子进行表面改性，减少了待渗圆锥滚子的几何空间屏蔽效应，保证渗碳或氰化气氛的充分流动，使圆锥滚子充分与渗碳/氰化气氛接触，保证改性后的圆锥滚子的渗层深度均匀；
四、采用本发明的圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子进行表面改性，减少了待处理圆锥滚子的几何空间屏蔽效应，保证氮化气氛的充分流动，使圆锥滚子充分与氮化气氛接触，保证了改性后的圆锥滚子的氮化层深度均匀；
五、本发明利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子氮化处理，圆锥滚子的渗层为0.1mm～0.14mm，氮化均匀性为±0.02mm；
六、本发明利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子渗碳处理或氰化处理，圆锥滚子的渗层为0.9mm～1mm，渗层均匀性为±0.05mm。
本发明适用于对圆锥滚子表面改性。
附图说明
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为圆锥滚子；
图4为实施例一步骤三中将两个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到圆锥滚子化学热处理专用工装；
三、将多个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上，且每两个圆锥滚子之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对圆锥滚子化学热处理专用工装上的多个圆锥滚子进行表面改性，得到表面改性后的圆锥滚子，即完成一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
本实施方式的有益效果：
一、采用本实施方式的方法，虽然圆锥滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性碳、碳与氮原子因碳、碳与氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的渗碳或氰化工艺过程中的渗层一致性问题；
二、采用本实施方式的方法，虽然圆锥滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性氮原子因氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的氮化工艺过程中的渗层一致性问题；
三、采用本实施方式的圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子进行表面改性，减少了待渗圆锥滚子的几何空间屏蔽效应，保证渗碳或氰化气氛的充分流动，使圆锥滚子充分与渗碳/氰化气氛接触，保证改性后的圆锥滚子的渗层深度均匀；
四、采用本实施方式的圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子进行表面改性，减少了待处理圆锥滚子的几何空间屏蔽效应，保证氮化气氛的充分流动，使圆锥滚子充分与氮化气氛接触，保证了改性后的圆锥滚子的氮化层深度均匀；
五、本实施方式利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子氮化处理，圆锥滚子的渗层为0.1mm～0.14mm，氮化均匀性为±0.02mm；
六、本实施方式利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子渗碳处理或氰化处理，圆锥滚子的渗层为0.9mm～1mm，渗层均匀性为±0.05mm。
本实施方式适用于对圆锥滚子表面改性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤三中每两个圆锥滚子之间的距离为30mm～100mm。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中每两个圆锥滚子之间的距离为30mm～50mm。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％或向气体氮化炉内通氨气25min～35min；再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，再在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛和温度为740℃～760℃下保持25min～35min，再将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，乙炔气体的流量为1000L/h，再在乙炔气氛和温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，再随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，煤油的通入量为10mL/min，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛和温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中所述的表面改性为渗碳处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中所述的表面改性为氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的钢材料为GCr15；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；钝角三角形的三个角分别为45°、120°和15°；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α为60°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口进行点接触，得到圆锥滚子化学热处理专用工装；
三、将两个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上，两个圆锥滚子之间的距离为50mm；
四、利用表面改性设备对圆锥滚子化学热处理专用工装上的两个圆锥滚子进行表面改性，得到表面改性后的圆锥滚子，即完成一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理，氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在室温下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，向气体氮化炉内通氨气30min，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至510℃，再在氨气气氛和温度为510℃的条件下保温55h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
实施例一步骤三中所述的圆锥滚子的材质为W9Cr4V2Mo。
实施例一中表面改性后的圆锥滚子的渗层均匀性为±0.02mm，渗层均匀性较好。
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图1中α为60°，β为45°。
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为圆锥滚子；
图4为实施例一步骤三中将两个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上的俯视图。
Claims (10)
1.一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到圆锥滚子化学热处理专用工装；
三、将多个圆锥滚子放置在圆锥滚子化学热处理专用工装上，且每两个圆锥滚子之间的距离不小于30mm；
四、利用表面改性设备对圆锥滚子化学热处理专用工装上的多个圆锥滚子进行表面改性，得到表面改性后的圆锥滚子，即完成一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤二中圆锥滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。
3.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个圆锥滚子之间的距离为30mm～100mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个圆锥滚子之间的距离为30mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％或向气体氮化炉内通氨气25min～35min；再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
6.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，再在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛和温度为740℃～760℃下保持25min～35min，再将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，乙炔气体的流量为1000L/h，再在乙炔气氛和温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，再随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。
7.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，煤油的通入量为10mL/min，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛和温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。
8.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
9.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的表面改性为渗碳处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
10.根据权利要求1所述的一种利用圆锥滚子化学热处理专用工装对圆锥滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的表面改性为氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
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