一种耐磨销轴及其加工方法

1.一种耐磨销轴，该销轴由耐磨销轴钢加工而成，所述的耐磨销轴钢由以下质量百分数的化学成分组成：
C：0.38％-0.45％；    Mn：1.0％-1.2％；     Cr：0.8％-1.1％；
Si：0.20％-0.35％；     Ni≤0.25％；       S≤0.025％；
P＜0.025％；      Mo：0.3％-0.5％；     V：0.2％-0.5％；
其余为Fe；
所述耐磨销轴通过如下步骤加工而成：
S1、按照上述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在750-780℃下进行预退火处理，油冷至450-550℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；
S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在480MPa-520MPa的压力下轧制成销轴坯料；
S3、将步骤S2中制得的销轴坯料在840-860℃条件下用淬火油进行淬火处理，保温1-3小时，油冷至室温，然后在500-530℃下回火处理，保温1-3小时；空冷得销轴粗品；
S4、将步骤S3中制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；
S5、将步骤S4中的销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在75-85℃下在铬酸盐中氧化处理8-12min，然后再进行发黑处理，清洗后立即作脱水封闭处理得耐磨销轴。
2.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：所述的耐磨销轴钢由以下质量百分数的化学成分组成：
C：0.40％-0.42％；    Mn：1.05％-1.10％；    Cr：0.9％-1.0％；
Si：0.25％-0.30％；     Ni≤0.25％；       S≤0.025％；
P＜0.025％；     Mo：0.3％-0.5％；      V：0.2％-0.5％；
其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S1中退火处理的温度为760-780℃，退火处理时间为4-5小时，油冷至480-520℃出炉空冷。
4.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S3中淬火温度为850-860℃，回火处理温度为520-530℃，回火时间为2小时。
5.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S5中所述铬酸盐的化学成分为：
Na2CrO4：18-23g/L、Na2CO4：4-5g/L、NaOH：4-6g/L、Na3PO4：10-12g/L。
6.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S5中所述发黑处理中Co(CH3COO)2：15-16g/L，氧化剂KMnO4：8-12g/L，催化剂NiSO4：1.5-2.5g/L，用3-6g/L HNO3调节pH至2-3，温度为75-85℃，发黑处理10-15min。
7.根据权利要求1所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S5中所述脱水封闭处理的处理温度为78-85℃，pH为3-5，处理时间为15-18min。
8.根据权利要求1或7所述的耐磨销轴，其特征在于：步骤S5中所述封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：3-4g/L、NaAc·3H2O：6-8g/L、CoSO4·7H2O：
0.3-0.5g/L、H3BO3：2-3g/L。

一种耐磨销轴及其加工方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种销轴及其加工方法，尤其涉及一种耐磨销轴及其加工方法；属于螺栓加工技术领域。\n背景技术\n[0002] 工程机械铰接销轴使用非常广泛,车架与车架之间的联接,车架与工作装置之间的联接，工作装置独立部件相互间的联接,都使用了铰接销轴。但目前销轴结构没有统一的设计标准，因此在销轴结构的实际设计时,不同的机型,不同的设计人员,设计出来的销轴结构千差万别，使用效果也不理想。\n[0003] 为了降低销轴的劳动强度，提高作业效率，现有技术中有设计生产自润滑的销轴，也有设计便于拆装、所需安装空间较小的链接销轴，极少从销轴材料上做研究的。然而现有技术中的销轴普遍存在硬度、强度高的同时塑性、韧性不够，因此使用寿命较短，严重影响销轴的工作效率。\n发明内容\n[0004] 本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种不仅强度、硬度较高；而且塑性和韧性都能达到要求的耐磨销轴。\n[0005] 本发明的上述目的可以通过以下技术方案得以实施：一种耐磨销轴，该销轴由耐磨销轴钢加工而成，所述的耐磨销轴钢由以下质量百分数的化学成分组成：\n[0006] C：0.38％-0.45％；     Mn：1.0％-1.2％；   Cr：0.8％-1.1％；\n[0007] Si：0.20％-0.35％；    Ni≤0.25％；       S≤0.025％；\n[0008] P＜0.025％；          Mo：0.3％-0.5％；   V：0.2％-0.5％；\n[0009] 其余为Fe。\n[0010] 现有普通的耐磨销轴钢40Cr的化学成分是C：0.37-0.44％；Si:0.17-0.37％；Mn:\n0.5-0.8％；Cr:0.8-1.1％；Ni≤0.25％；S≤0.025％；P＜0.025％；其余为Fe。本发明在普通的耐磨销轴钢40Cr的基础上降低了镍(Ni)、硫(S)、磷(P)的含量，进一步限定了硅(Si)的含量，并增加了锰(Mn)的含量，此外，还添加了钼(Mo)、钒(V)元素，不仅在强度和硬度上能够达到耐磨销轴钢40Cr的要求，而且由于化学成分的改变，其显微组织也发生改变，奥氏体晶粒变细，塑性和韧性得到了很大的提高，使其满足销轴的工作要求。此外由于销轴生产中要求有良好的冷加工性能。降低硫含量可提高钢的冷变形能力；降低磷含量会使钢的变形抗力减小。因此，降低磷、硫含量不仅可以改善钢的塑韧性和耐延迟断裂性能，还可以改善钢的冷加工性能。结合其他元素，将Mn元素的含量提高至1.0-1.2％，使Mn不仅与Fe形成固溶体，提高耐磨销轴钢中的硬度和强度，还可与S形成MnS，避免因硫导致的热脆现象，从而改善销轴的加工性能。\n[0011] 在上述的耐磨销轴中，作为优选，所述的耐磨销轴钢由以下质量百分数的化学成分组成：\n[0012] C：0.40％-0.42％；    Mn：1.05％-1.10％；  Cr：0.9％-1.0％；\n[0013] Si：0.25％-0.30％；   Ni≤0.25％；        S≤0.025％；\n[0014] P＜0.025％；         Mo：0.3％-0.5％；    V：0.2％-0.5％；\n[0015] 其余为Fe。\n[0016] 本发明的另一个目的在于提供该耐磨销轴的加工方法，该方法包括以下步骤：\n[0017] S1、按照上述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在750-780℃下进行预退火处理，油冷至450-550℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；\n[0018] S2、将步骤S1中制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在480MPa-520MPa的压力下轧制成销轴坯料；\n[0019] S3、将步骤S2中制得的销轴坯料在840-860℃条件下用淬火油进行淬火处理后，保温1-3小时，油冷至室温，然后在500-530℃下回火处理，保温1-3小时；空冷得销轴粗品；\n[0020] S4、将步骤S3中制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；\n[0021] S5、将步骤S4中的销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在75-85℃下在铬酸盐中氧化处理8-12min，然后再进行发黑处理，清洗后立即作脱水封闭处理即得耐磨销轴成品。\n[0022] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S1中退火处理的温度为760-780℃，退火处理时间为4-5小时，油冷至480-520℃出炉空冷。\n[0023] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S3中淬火温度为850-860℃，回火处理温度为520-530℃,回火时间为2小时。\n[0024] 本发明步骤S3中的调质处理是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使销轴具有良好的综合机械性能。其中在高温回火时，会出现二次硬化效应。随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低，塑性、韧性升高。本发明的耐磨销轴钢含有Mo、V元素，提高了钢的回火抗力；在500℃以上温度回火时析出合金碳化物而产生二次硬化，强度和硬度随回火温度的升高变化不大；但当回火温度高于约550℃，强度和硬度急剧下降；在C原子的同溶强化作用逐渐消失和合金元素的弥散强化作用逐渐加强的共同作用下，随着回火温度的升高，塑性变化不大，而韧性不受弥散强化效应的影响，所以大幅度提高。而淬火温度的提高，本发明的耐磨销轴钢受晶粒粗化和二次硬化效应的综合影响，其强度和硬度表现出先升后降的趋势，强度由升到降的临界奥氏体化温度约为1000℃，塑性和韧性逐渐下降，且韧性下降的速度较快。\n[0025] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S5中所述铬酸盐的化学成分为：\nNa2CrO4：18-23g/L、Na2CO4：4-5g/L、NaOH：4-6g/L、Na3PO4：10-12g/L。\n[0026] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S5中所述发黑处理中Co(CH3COO)2：15-16g/L，氧化剂KMnO4：8-12g/L，催化剂NiSO4：1.5-2.5g/L，用3-6g/L HNO3调节pH至2-3，温度为75-85℃，发黑处理10-15min。\n[0027] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S5中所述脱水封闭处理的处理温度为78-85℃，pH为3-5，处理时间为15-18min。\n[0028] 在上述的耐磨销轴的加工方法中，作为优选，步骤S5中所述封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：3-4g/L、NaAc·3H2O：6-8g/L、CoSO4·7H2O：0.3-\n0.5g/L、H3BO3：2-3g/L。\n[0029] 综上所述，本发明具有以下优点：\n[0030] 1、本发明的耐磨销轴在耐磨销轴钢40Cr的基础上降低了镍(Ni)、硫(S)、磷(P)，进一步限定了硅(Si)的含量，并增加了锰(Mn)的含量，此外，还添加了钼(Mo)、钒(V)元素，不仅在强度和硬度上能够达到要求，而且塑性和韧性得到了很大的提高，此外还可以改善螺栓钢的冷加工性能。\n[0031] 2、本发明的耐磨销轴加工方法采用较为优化的调质处理方法，经过调质中淬火和回火后，可以获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的耐磨销轴。\n[0032] 3、本发明的耐磨销轴加工方法采用常温发黑处理，发黑处理后的销轴表面获得兼有防蚀与装饰双重功能的转化膜，使用寿命长。\n具体实施方式\n[0033] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。\n[0034] 表1：本发明耐磨销轴钢的化学成分(按质量百分数％)\n[0035]\n[0036]\n[0037] 实施例l\n[0038] 按照表1实施例1中所述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在760℃下进行预退火处理，退火处理的温度为\n770℃，退火处理时间为4.5小时，油冷至500℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；\n[0039] 将上述制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在500MPa的压力下轧制成销轴坯料；\n[0040] 将上述制得的销轴坯料在850℃条件下用淬火油进行淬火处理，保温2小时，油冷至室温，然后在520℃下回火处理，保温2小时；空冷得销轴粗品；\n[0041] 将上述制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；\n[0042] 将上述销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在80℃下在铬酸盐中氧化处理10min，其中，所述铬酸盐的化学成分为：Na2CrO4：20g/L、Na2CO4：4.5g/L、NaOH：5g/L、Na3PO4：11g/L，然后再进行发黑处理，发黑处理中Co(CH3COO)2：15.5g/L，氧化剂KMnO4：10g/L，催化剂NiSO4：2.0g/L，用4g/L HNO3调节pH至2.5，温度为80℃，发黑处理12min后清洗，然后立即作脱水封闭处理，脱水封闭处理的处理温度为80℃，pH为4，处理时间为16min，封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：3.5g/L、NaAc·3H2O：7g/L、CoSO4·7H2O：\n0.4g/L、H3BO3：2.5g/L；封闭处理完成后即可得耐磨销轴成品。\n[0043] 实施例2\n[0044] 按照表1实施例2中所述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在770℃下进行预退火处理，退火处理的温度为\n765℃，退火处理时间为4.5小时，油冷至480℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；\n[0045] 将上述制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在510MPa的压力下轧制成销轴坯料；\n[0046] 将上述制得的销轴坯料在855℃条件下用淬火油进行淬火处理，保温2小时，油冷至室温，然后在510℃下回火处理，保温2小时；空冷得销轴粗品；\n[0047] 将上述制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；\n[0048] 将上述销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在78℃下在铬酸盐中氧化处理11min，其中，所述铬酸盐的化学成分为：Na2CrO4：22g/L、Na2CO4：4.8g/L、NaOH：4.5g/L、Na3PO4：\n10.5g/L，然后再进行发黑处理，发黑处理中Co(CH3COO)2：15.2g/L，氧化剂KMnO4：9g/L，催化剂NiSO4：2.3g/L，用5g/L HNO3调节pH至2.8，温度为83℃，发黑处理13min后清洗，然后立即作脱水封闭处理，脱水封闭处理的处理温度为82℃，pH为4，处理时间为17min，封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：3.5g/L、NaAc·3H2O：6.5g/L、CoSO4·\n7H2O：0.4g/L、H3BO3：2.6g/L；封闭处理完成后即可得耐磨销轴成品。\n[0049] 实施例3\n[0050] 按照表1实施例3中所述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在750℃下进行预退火处理，退火处理的温度为\n780℃，退火处理时间为4小时，油冷至550℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；\n[0051] 将上述制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在480MPa的压力下轧制成销轴坯料；\n[0052] 将上述制得的销轴坯料在840℃条件下用淬火油进行淬火处理，保温3小时，油冷至室温，然后在500℃下回火处理，保温3小时；空冷得销轴粗品；\n[0053] 将上述制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；\n[0054] 将上述销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在75℃下在铬酸盐中氧化处理12min，其中，所述铬酸盐的化学成分为：Na2CrO4：18g/L、Na2CO4：5g/L、NaOH：4g/L、Na3PO4：12g/L，然后再进行发黑处理，发黑处理中Co(CH3COO)2：15g/L，氧化剂KMnO4：12g/L，催化剂NiSO4：\n1.5g/L，用6g/L HNO3调节pH至2，温度为85℃，发黑处理10min后清洗，然后立即作脱水封闭处理，脱水封闭处理的处理温度为85℃，pH为3，处理时间为18min，封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：3g/L、NaAc·3H2O：8g/L、CoSO4·7H2O：0.3g/L、H3BO3：\n3g/L；封闭处理完成后即可得耐磨销轴成品。\n[0055] 实施例4\n[0056] 按照表1实施例4中所述耐磨销轴的组成成分及质量百分比称取原料，将原料破碎细化成金属粉末，并在氢气或真空条件下，在780℃下进行预退火处理，退火处理的温度为\n750℃，退火处理时间为5小时，油冷至450℃出炉空冷，掺合后将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒；\n[0057] 将上述制得的大颗粒或团粒粉末放入模具型腔内，在520MPa的压力下轧制成销轴坯料；\n[0058] 将上述制得的销轴坯料在860℃条件下用淬火油进行淬火处理，保温1小时，油冷至室温，然后在530℃下回火处理，保温1小时；空冷得销轴粗品；\n[0059] 将上述制得的销轴粗品经过车床粗车外圆和精车外圆后，再经磨床粗磨、精磨得销轴半成品；\n[0060] 将上述销轴半成品经过除油、酸洗除锈后先在85℃下在铬酸盐中氧化处理8min，其中，所述铬酸盐的化学成分为：Na2CrO4：23g/L、Na2CO4：4g/L、NaOH：6g/L、Na3PO4：10g/L，然后再进行发黑处理，发黑处理中Co(CH3COO)2：16g/L，氧化剂KMnO4：8g/L，催化剂NiSO4：\n2.5g/L，用3g/L HNO3调节pH至3，温度为75℃，发黑处理15min后清洗，然后立即作脱水封闭处理，脱水封闭处理的处理温度为78℃，pH为5，处理时间为15min，封闭处理采用水解盐法，所述水解盐溶液的化学成分为：NiSO4：4g/L、NaAc·3H2O：6g/L、CoSO4·7H2O：0.5g/L、H3BO3：\n2g/L；封闭处理完成后即可得耐磨销轴成品。\n[0061] 对实施例1-4制备的耐磨销轴的强度、硬度、收缩率、伸长率和韧性(冲击吸收功)进行检测，检测结果如表2所示：\n[0062] 表2：本发明耐磨销轴的性能\n[0063]\n[0064] 从表2可以看出，本发明加工而成的耐磨销轴强度、硬度、塑性和韧性都较好。\n[0065] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。