针阀体不耐用问题的研究.pdf

； 、 0 ＼ 0 ／ ； ／ 试验 研 究 、 S ； ＼ ．一会 ＼ ／ ＼ 针阀体不耐用问题的研究 袁 长军 ， 刘 宗昌 1 ．菏泽广信船配油嘴油泵有限公司， 山东 菏泽 2 7 4 0 4 0 ； 2 ． 内蒙古科技大学材料与冶金学院， 内蒙古 包头0 1 4 0 1 0 摘 要 采用激光共聚焦显微镜 L S C M 、 A x i o v e r t 一 2 5 C A型金相显微镜、 Q U E N T A 一 4 0 0环境扫描 电镜研 究 了 针阀体用 2 7 S i Mn Mo V A钢原材料、 钎焊后及正火后的组织形貌。发现， 2 7 S i Mn Mo V A钢的原材料组 织为铁素体和珠光体 ， 钎焊后的组 织为铁素体、 马氏体、 贝氏体和托氏体 ， 正火后 的组织为索氏体和 贝氏体 ， 且正火后的组织较钎 焊后 明显细化。通过渗碳 、 淬火工艺的调整 ， 使 2 7 S i Mn Mo V A钢渗碳 层得到 了耐磨性更佳的隐晶马氏体 ， 有效硬化层深度 由 0 ． 4 9 m m增加到 0 ． 7 5 m m。采用 D MA X 一 2 5 0 0 P C型 X． r a y 衍射仪和 MM2 0 0型磨损试验机测定 了2 7 S i Mn Mo V A钢试样不 同热处理状 态的残 留奥氏体含量及耐磨性。结果表明 ， 试样的残留奥氏体含量为6 ％～8 ％ ， 磨痕宽度约为 3 mm。 关键词 2 7 S i Mn Mo V A钢 ； 针阀体 ； 残留奥氏体； 有效硬化层 ； 耐磨性 中图分类号 T G 1 1 5 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 1 6 9 0 2 0 1 5 0 4 0 0 3 6 0 5 S t u dy o n Le s s Dur a b l e Ne e dl e No z z l e Y U A N C h a n g j u n ， L I U Z o n g c h a n g 1 ． H e z e G u a n g x i n Ma ri n e P a r t sF u e l I n j e c t i o n E q u i p m e n t C o ． ， L t d ． ， H e z e 2 7 4 0 4 0 ， S h a n d o n g C h i n a ； 2． Ma t e r i a l a n d Me t a l l u r g y S c ho o 1 ．I n n e r Mo ng o l i a Uni v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ． B a o t o u 0 1 4 0 1 0 ， N e i Mo n g o l C h i n a Ab s t r a c t Mi e r o s t r u c t u r e s o f 2 7 S i Mn Mo VA s t e e l i n t e n d e d f o r n e e d l e n o z z l e i n o ri g i n a l ， a s ． b r a z e d a n d a s n o r ma l i z e d s t a t e s we r e s u r v e y e d b y u s i n g l a s e r s c a n ni n g c o n f o c a l mi c r o s o c o p e，Ax i o v e r t 一 2 5 CA o p t i c a l mi c r o s c o pe a n d Q U E N T A一 4 0 0 s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y ．I t i s f o u n d t h a t t h e m i c r o s t r u c t u r e s o f t h e r a w 2 7 S i Mn Mo V A s t e e l a r e f e r r i t e a n d p e a r l i t et h e mi e r o s t r u c t u r e s o f t h e a s b r a z e d 2 7S i Mn Mo VA s t e e l a r e f e r r i t e，ma r t e n s i t e，b a i n i t e a n d t r o o s t i t e t he mi c r o s t r uc t u r e s o f a s ． n o r ma l i z e d 2 7S i Mn Mo VA s t e e l a r e s o r b i t e a n d b a i ni t e； a n d t h a t t h e a s n o r ma l i z e d mi c r o s t r u c t u r e s a r e a p p r e c i a b l y fi n e r t h a n t h e a s b r a z e d m i c r o s t r u c t u r e s ．A d j u s t i n g t h e c a r b u r i z i n g a n d h a r d e n i n g p r o c e s s e s ，a c a r e r y p t o c r y s t a l l i n e ma r t e ns i t e p r o v i d e d wi t h b e t t e r we a r r e s i s t a n c e i s o b t a i n e d i n t h e c a s e o f 2 7 Si MnMo VA s t e e l s p e c i me n．a n d t h e e f f e c t i v e h a r d e n e d d e p t h i s i n c r e a s e d f r o m 0． 49 mm t o 0． 7 9 mm ．Re t a i n e d a u s t e n i t e c o n t e n t a n d we a r ． r e s i s t a n c e o f t h e 2 7S i Mn Mo VA s t e e l s p e c i me n s i n d i fi e r e n t h e a t t r e a t me n t c o n d i t i o n s we r e me a s u r e d b y me a n s o f DMAX． 2 5 00 PC X． r a y d i f f r a e t o me t e r a n d MM20 0 P i n o n- Di s k we a r t e s t i n g ma c h i n e． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e t a i n e d a u s t e ni t e c o n t e nt s i n t he s p e c i me ns a r e 6％ t o 8％ ．a n d t h e a b r a s i o n ma r k s a r e a s wi d e a s a bo u t 3 mm． Ke y wo r ds2 7S i MnMo VA s t e e l ； n e e d l e n o z z l e；r e t a i n e d a us t e n i t e；e f f e c t i v e h a r d e n e d c a s e；we a r - r e s i s t a n c e 喷油嘴偶件是柴油机 的关键精密零部件之一 ， 提高喷油嘴针阀体的质量和耐用度 ， 在 国内外都是 一 项具有重要意义的研究课题。喷油嘴偶件长期在 高温、 高压 、 冲击 、 腐蚀等极其恶劣 的工作条件下服 役 ， 因此要求 喷油 嘴针 阀体应具有 高耐磨性 、 高硬 度 、 高尺寸稳定性 、 足够的韧性及较好的回火稳定性 和较高的接触疲劳强度 ， 这对喷油嘴材料 的选择及 热处理提出了更高的要求 。 收稿 日期 2 0 1 5 ． 0 4 ． 1 3 作者简介 袁长军 1 9 8 1 一 ， 男， 山东单县人， 高级热处理工程师， 硕士， 主要从事产品热处理工艺及失效分析 的研 究。联 系电话 1 3 4 6 5 0 3 9 0 1 2， E m a i l y c j y c y 1 9 8 1 2 3 1 2 6 ． c o n 3 6 热处理 2 0 1 5年第 3 0卷第 4期 2 ． 2 硬度梯度 为了防止渗碳淬火针阀体表面出现剥落、 点蚀， 必须要求渗碳层碳浓度从表面至心部保持平滑的梯 p ＼、 赠 时间／ h 度。表面硬度和硬度梯度决定产品的耐磨性 ， 通过渗 碳工艺控制针阀体渗层碳浓度 ， 进而影响针阀体硬度 梯度。针阀体的渗碳原工艺与改进工艺如图 5 所示。 9 O O 8 5 0 赠 8 0 0 时间／ h a 腺 工 艺 b 改进 工 艺 a O r i g i n a l p r o c e s s b I m p r o v e d p r o c e s s 图 5 2 7 S i Mn Mo V A钢的渗碳工艺 F i g ． 5 C a r b u r i z i n g p r o c e s s e s f o r t h e 2 7 S i Mn Mo V A s t e e l 根据资料[ 1 1 ] ， 渗碳罐人炉温度不低于8 0 0℃， 处的显微硬度检测， 将检测结果绘制成如图6所示 渗碳罐装炉后 ， 应在 8 0 0～8 5 0℃进行透烧 ， 以保证 的曲线 。根据相关标准[ 1 2 ] ， 对于距工件表面 3倍 渗碳罐 内温度均匀， 确保工件渗碳层均匀一致 ， 渗碳 于淬硬层 ， 即心部硬度值高于 4 5 0 HV的钢件 ， 有效 结束后工件 随渗碳箱一起降温 至 8 4 0～8 6 0℃， 保 硬化层应选择硬度值大于 5 5 0 H V 以 2 5 HV为一 温一定时间后 出炉空冷至室温 ， 以便降低表 面碳浓 级 的某一特定值作 为界限硬度。2 7 S i M n Mo V A钢 度 ， 加厚渗碳层。由图 5 a 可知 ， 针 阀体原渗碳工 制针阀体热处理后的心部显微硬度约为 5 0 0 HV， 选 艺采用 8 8 0℃装炉 ， 9 0 0 q C 渗碳 ， 无预热和扩散 ， 无 择 6 0 0 H V为其有效硬化层 界限硬 度值 ， 原工艺与 法保证渗碳罐内不同位置的工件在渗碳初期温度均 改进工艺下座面的有效硬化层分别为 0 ． 4 9 h i m、 匀一致， 这会造成同批次产品渗碳层不均匀。为了0 ． 7 5 m i l l 。 由硬化层曲线及渗层深度数据可知 改进 尽量保证 同批次产 品渗碳层均匀一致 ， 制定 了如图 工艺下的有效硬化层较原工艺下的有效硬化层有了 5 b 所示 的渗碳新工艺。原工艺与改进工艺下 的 明显的增厚 ， 硬度梯度也更平缓 ， 这有利于提高产品 有效硬化层如图6所示 。 的使用寿命 。 图 6 按原工 艺和改进 工艺渗碳并淬火后 2 7 S i Mn M0 V A钢针 阀体座面 的有效硬化 层 F i g ． 6 Ef f e c t i v e h a r d e n e d c a s e o f t he s e a t o f 27S i MnMoVA s t e e l n e e d l e n o z z l e c a r b u r i z e d b y o r i g i n a l a n d i mp r o v e d p r o c e s s e s t h e n h a r d e n e d 针阀体主要工作部位为座面 ， 为此进行 了座 面 观察图 6发现 ， 硬度值 由表面至内部呈总体逐 渐下降的态势， 但第 1 点 距表面 0 ． 1 m m 处的硬 度值略低于第 2点 距表面 0 ． 2 mm ， 出现 了文献 [ 1 3 ] 所说 的硬度低头现象。这主要是 因为含碳量 稍高的表面热处理后的残 留奥 氏体含量相对稍高 ， 导致硬度稍低。 2 ． 3 残留奥氏体量及耐磨性 渗碳钢零件经渗碳淬火后， 显微组织中一般均 保留有不同数量的残 留奥 氏体。一方面 ， 残 留奥氏 体具有降低硬度 、 减小尺寸稳定性 、 容易产生磨削裂 纹等有害作用 ； 另一方面， 残留奥氏体有利于提高钢 的强韧性 ， 对裂纹扩展有延缓作用 ， 使裂纹尖端钝化 或分又 ， 在高应力下低周疲劳时 ， 残留奥氏体 的适量 增加 ， 还可提高疲劳寿命 。耐磨性是针 阀体 的一 项重要技术指标 ， 残留奥 氏体是影响耐磨性 的一个 重要 因素。不同的残 留奥 氏体量适合不 同的环境 ， 在较低应力水平下 ， 残留奥氏体含量越低 ， 其耐磨性 热处理 2 0 1 5年第 3 0卷第 4期 。 3 9 越好 ； 在较高应力水平下， 残 留奥 氏体含量越高 ， 其 耐磨性越好 。因此 ， 只有适量 的残留奥 氏体才能 对钢的性能产生有益的影响。为此对针阀体的残 留 奥氏体含量进行了检测 ， 并做了耐磨性试验。 残留奥氏体检测在型号为 D 8 A d v a n c e的 X ． r a y 上进行 ， x射线衍射条件为 c u靶 ； K a 射线辐射 ； 石 墨单色器滤波 ； 管电压 8 O k V； 管电流 4 0 m A； 扫描范 围 2 0 。 ～ 9 0 。 。 磨损试验在型号为 MM2 0 0磨损试验机上进行 ， 磨痕宽度测量仪 器为 J C 1 0读数显 微镜 ， 磨轮转速 2 0 0 r ／ m i n ， 磨轮规格 西4 0 m m X 1 0 m m， 磨轮材料 W1 8 C r 4 V钢 ， 摩擦工况为干磨 ， 施加载荷 3 k g ， 摩擦 时间 3 0 mi n 。取每个试样的不同位置进行 了 3次磨 损测试 ， 磨痕宽度为 3次测量的平均值 。 将试样加热到 8 9 0 c 【 ， 保温 6 0 ra i n后油淬 ， 淬 火后将 1 ～5号试样空冷 3 h 、 6号和 7号试样空冷 8 h后按表 2所示 的参数进行冷处理 。残留奥 氏体 含量与磨痕宽度如图7所示。 表 2 2 7 S i Mn Mo V A钢 的冷处理工艺参数 T a ble 2 Su b z e r o t r e a t me n t p r o c e s s p ar a me t er s f o r t h e 2 7 Si Mn Mo VA s t e e l 温度／ ℃ 1 2 3 4 5 6 7 7 0 1 h 1． 5 h 1 h 一 8 0 1 h 1 ． 5 h 1 h 一 9 0 1 h 图 7 2 7 S i Mn Mo V A钢试样 的残留奥氏体含量 与磨 痕宽度的关系 Fi g． 7 Ab r a s i o n ma r k s wi dt hs c o r r e s p o nd i ng t o r e t a i n e d a us t e ni t e a mo u nt s f o r t he 27S i MnMo VA s t e e l s a mp l e s 由图 7中的残留奥 氏体含量 曲线可知， 试验件 的残 留奥 氏体 A r 含量均在 6 ％～8 ％之 问。1号 试样 的 A r 量最多 ， 5号试样 的 A r 量最少 ， 结合表 3 中对应的冷处理参数可说明冷处理温度越低 ， A r 转 变越充分； 2号试样的 A r 量 比 1号试样 的 A r 量稍 低 ， 4号试样的 A r 量 比3号试样的 A r 量 略低 ， 结合 表 3中对应的冷处理参数可说明延长冷处理保温时 间可使 A r 转变更彻底 ， 但在同一冷处理温度下延长 冷处理保温时间 A r 转变量的影响并不 明显。 由图 7中的磨痕宽度 曲线可以看出 ， 试验件 的 磨痕宽度值基本在 3 I T l m左右， 说 明残留奥 氏体含 量为 6 ％～8 ％时， 其耐磨性能相同。 3 结论 1 2 7 S i M n Mo V A钢针 阀体钎焊后局部形成粗 大铁素体 、 马氏体 、 贝氏体与托氏体的整合组织。 2 8 6 0 c 【 奥氏体化 ， 保温 6 0 ra i n后油淬 ， 得到 强韧性和耐磨性比针状马氏体更高的隐晶马氏体 。 3 渗碳工艺增加预热和扩散后 ， 硬度梯度得到 一 定程度的缓和， 有效硬化层由原工艺下的 0 ． 4 9 m lT I 增加到新工艺下 0 ． 7 5 i n l n 。 4 残留奥氏体含量随冷处理温度的降低和冷 处理保温时间的延长而减少。 参考文献 [ 1] 程财鹤． 延长 1 6 V 2 4 0 Z B大功率柴油机喷油嘴使用寿命的途径 [ J ] ．柴油机 ， 2 0 0 1 2 l 6 - 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