金属表面处理剂等离子弧处理对冷拔45钢的表面性能研究.pdf
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1、第 4 期金属表面处理剂等离子弧处理对冷拔 45 钢的表面性能研究徐明亮(江苏航运职业技术学院,江苏 南通226010)冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要:冷拔 45 钢平键应用广泛,等离子弧处理可以明显提高冷拔 45 钢的表面硬度,但是会增加表面粗糙度。为了获得稳定的表面性能,文章对冷拔 45 钢的金属表面处理剂等离子弧处理表面加工研究。结果表明,经过金属表面处理剂等离子弧处理的钢表面的显微硬度提高了约 40%,硬度层深度约 20m;粗糙度与试样等离子弧处理前接近。与气相介质
2、等离子弧处理表面加工相比,金属表面处理剂等离子弧处理在不影响冷拔 45 钢平键表面光洁度的情况下,可以明显提高其表面硬度。关键词:45 钢;平键;等离子弧;表面强化;金属表面处理剂基金项目:南通市科技项目(项目编号:JC22022052)。作者简介:徐明亮(1984),男,黑龙江绥化人,主要研究方向:材料加工工程。平键是机械紧固件的一种,是轴孔配合传动件,可拆卸连接,用于传递转矩和运动;当配件之间要求作轴向运动时,还可以起到导向作用。轴孔配合的平键联结是由平键和两个键槽组成的,平键作为传动中的受力件,其性能对联结的可靠和平稳运行起着重要作用。平键的使用需要表面达到特定的硬度,冷拔 45 钢平键
3、制造过程中,根据工艺要求有时还需要对表面进行额外强化才能投入使用。目前用于 45 钢平键表面强化方法主要有表面渗碳、表面渗氮和表面淬火等方法。这些表面强化方法存在周期长、能耗大以及环境污染等问题。等离子弧是一种可控性很强的热源。等离子弧应用技术近年来发展迅速,已形成了独具特色的等离子弧材料加工新领域。等离子弧表面强化能够大幅度提高 45 钢的表面性能。黄齐文等咱1暂用 0801 激光合金化涂料,在 QT600 和 45 钢基材上进行了等离子束激光合金化对比试验,验证了等离子束表面合金化。1试验材料与方法1.1试验材料试验采用沙钢集团安阳永兴特钢有限公司生产的5.00.020mm 热轧 45 圆
4、钢,由东台时达型钢有限公司制成 3.30.020伊3.30.020mm 冷拔 45 方型钢,由南通市精异圆机电标准件制造有限公司生产制成符合 DIN 6885 标准A3.28伊3.28伊8mm 平键。A3.28伊3.28伊8mm 冷拔 45 钢平键的表面硬度表 1,金属表面处理剂化学成分见表 2。1.2试验方法金属表面处理剂介质等离子弧表面加工试验采用自制的装置,如图 1 所示。试验前依然对 45 钢平键试样在振动式研磨机中光整 1520min,去除油、锈等污物,使试样表面状态光洁平整。将试样放置在盛水的容器中,保持平键待处理表面上方水膜厚度 12mm。等离子弧器产生的等离子弧脉冲垂直作用于试
5、样表面咱2暂。按设定的等离子弧加工参数制备试样,试验工艺参数列于表 3。表 1冷拔 45 钢平键表面的显微硬度(Hv0.2)297.8292.5301.2303.3298.6302.3299.4289.8297.5300.6测量位置/mm硬度(Hv0.2)正面(点间距0.2mm)反面(点间距0.2mm)表 2金属表面处理剂化学成分(%)化学成分含量/豫Na2B4O710H2O15缓蚀剂2菜籽油10NaNO218Na2OnSiO215KCl10C3H9NO25C3H8O35图 1金属表面处理剂等离子弧扫描示意图等离子弧水容器试样支座7冶金与材料第 44 卷采用显微硬度计测量试样的表面硬度,载荷
6、0.5kg,载荷保持时间 10s;采用表面粗糙度仪测量试样表面的粗糙度,在 3.3伊3.3mm 范围内采用 5 点测量法计算出其平均值;采用金相显微镜观察试样的表面形貌和微观组织。2试验结果与分析前期试验表明,采用氩气气相介质中等离子弧扫描试样表面颜色都发生明显变化,在本研究的金属表面处理剂介质中等离子弧扫描试样在金属表面处理剂中放置 58min,试样表面暴露空气中大约 24h 后,试样表面均未出现颜色改变的现象,等离子弧扫描试样的表面形貌还与金属表面处理剂膜厚度有关。当试样与金属表面处理剂表面距离大于 2mm,试样表面不会出现熔凝的现象,但是试样如果与金属表面处理剂距离小于 1mm 时,只要
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