液压件的热处理

液压技术的广泛应用，对液压元件的性能和质量提出了越来越高的要求。在性能上要求向高压、大流量、高转速、高容积效率等方向发展，在结构上要求微型化，在质量上则要求有高的可靠性。液压元件的零件的特点是体积小而精度要求高，在工作过程中承受复杂的服役条件。因此，在选材与热处理上应保证有高的强度，良好的韧性，高的耐磨性和尺寸稳定性。液压元件的零件热处理工艺有如下特点：

（1)应用预备热处理，改善材料的组织和性能，为零件最终热处理做准备。

（2)普遍应用化学热处理工艺（渗碳、渗氮、碳氮共渗和硫氮碳共渗等），提高零件的耐磨性和疲劳强度。

（3)广泛采用马氏体分级淬火，减小零件淬火畸变。应用稳定化处理和冷处理，以保持零件的尺寸稳定。

（4)应用少无氧化脱碳的热处理方法。

本期重点介绍齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和液压阀等液压元件中的主要零件的热处理。

1 齿轮泵零件的热处理

齿轮泵由泵体、前后泵盖及在泵体内互相啮合旋转的一对齿轮组成。结构简单、紧凑、工艺性好。在使用中对污物不敏感，工作可靠。它的主要热处理零件有齿轮、泵轴及泵体等。

1.1 齿轮的热处理

齿轮泵齿轮在工作时，除与机械传动齿轮一样其齿面受到脉动接触应力和摩擦力作用，齿根受到脉动弯曲应力作用外，整体还受到弯曲疲劳应力作用。为保证泵的性能和使用寿命，齿轮必须具有高的强度和高耐磨性。因此，中、高压齿轮泵齿轮多采用低碳合金钢制造，如20CrMnTi，20CrMo等。低压齿轮泵齿轮则用40Cr钢制造。

液压泵齿轮的制造工艺路线安排多是经滚齿、剃齿后进行热处理，热处理后齿面不再进行精加工，这就要求在热处理过程中不能出现氧化、脱碳现象，因而采用炉内油淬的可控气氛炉。有时在滚齿后进行热处理，而后再进行珩齿，则允许在热处理后有微量氧化、脱碳层存在，在这种情况下，可采用井式炉进行渗碳，在油淬前的转移过程中有少量氧化脱碳。

为保证齿轮端面和轴颈的垂直度，磨加工应用角度磨床，这时齿轮端面易产生磨削裂纹造成废品。对此除在磨削工艺上采取措施外，在热处理工艺上也应采取措施，即严格控制表层碳含量［w(C)在0.8%~0.9%之间］和残留奥氏体量（按GB/T9450 标准控制应小于5级）。齿轮热处理工艺见表1，工艺曲线见图1 ，井式炉工艺曲线见图2 。

▼表1 齿轮泵零件的热处理工艺

▲图1 齿轮泵齿轮渗碳淬火热处理工艺曲线

（虚线为露点变化曲线）

▲图2 齿轮泵齿轮井式炉渗碳淬火热处理工艺曲线

1.2 齿轮泵轴的热处理

轴是传递转矩的零件，工作中受到冲击扭转应力和液压力产生的弯曲疲劳应力作用。轴颈部分还承受磨损。因此泵轴应具有较高的强度和硬度，同时具有良好的韧性。泵轴的失效形式多为轴头键槽处局部断裂或整体扭断。中、高压齿轮泵泵轴采用42CrMo或40Cr钢制造。当轴与齿轮做成一体时，则与齿轮材料相同（20CrMo，20CrMnTi)。齿轮泵泵轴的热处理工艺见表1。

1.3 泵体的热处理

齿轮泵泵体材料过去多为高强度灰铸铁HT300等。随着齿轮泵压力的提高，铸铁材料已不能满足要求。特别是在液压力作用下，齿轮被推向低压油腔一侧，齿顶与泵体接触产生刮研，这一现象称为“扫膛”。“扫膛”对泵的压力和容积效率均产生不良影响。为提高泵体的强度和减少“扫膛”的影响，泵体材料采用变形铝合金或铸铝合金，需经固溶处理并时效强化。齿轮泵零件的热处理工艺见表1。

2 叶片泵零件的热处理

叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵结构紧凑，零件加工精度要求高。叶片泵分为单作用式和双作用式两大类。前者又称为可调节叶片泵或变量叶片泵，后者又称为不可调节叶片泵或定量叶片泵。由于变量泵和定量泵结构形式不同，零件受力和选材也就不同。另外，结构相同，压力级别不同的泵选材也不一样。叶片泵主要热处理零件有：转子、定子、叶片、轴和配油盘等。

2.1 转子的热处理

泵在运行时，转子在轴的带动下高速旋转，这时转子与配油盘和叶片均形成摩擦副，转子端面和叶片槽面受磨损。同时高压油通过伸出槽外的叶片周期地作用于转子上，使转子槽底孔处承受很大弯曲疲劳应力。

转子需要有良好的耐磨性，否则将由于磨损而使间隙密封破坏，泵的容积效率降低，严重时，泵不能工作。转子还必须具有高的强度和韧性，以保证泵的使用寿命。

转子的失效形式主要有：

（1)转子槽底孔处因弯曲疲劳应力作用而产生疲劳断裂，一般称为“断臂”。

（2)转子端面或转子槽侧面产生磨损。为满足转子的性能要求，中、高压叶片泵转子采用合金渗碳钢 12CrNi3、20CrMnTi、20CrMnMo等制造。低压叶片泵转子可采用40Cr钢制造。转子热处理工艺见表2 ，工艺曲线见图3 ，井式炉工艺曲线见图4 。

2.2 定子的热处理

定子内表面呈椭圆形，长半径和短半径之间过渡曲线为一特殊曲线，曲线形式对泵的性能和寿命都有很大影响。定子和叶片组成摩擦副，当泵工作时，叶片在高压油的作用下，紧紧压在定子内表面而滑动，使定子受到磨损。定子要具备高的耐磨性和尺寸稳定性，同时还应有较高的强度。

定子多为内表面过渡区受磨损而失效。对小排量定量泵定子材料一般选用轴承钢GCr15制造，经淬火、回火处理。大排量定量泵定子则用Cr12MoV、38CrMoAlA等钢制造。而变量泵定子由于受不平衡液压力作用，选用韧性较好的3Cr2W8V 钢制造。为提高定子的耐磨性，Cr12MoV和3Cr2W8V 钢在淬火、回火后再进行氮碳共渗处理。定子热处理工艺见表2 。

▼表2 叶片泵零件热处理工艺

▲图3 转子可控气氛热处理工艺曲线

（虚线为露点变化曲线）

▲图4 转子井式炉渗碳淬火工艺曲线

2.3 叶片泵轴的热处理

泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳，在花键和轴颈处受磨损。因此，要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性。变量泵轴因受液压力作用，性能要求比定量泵更高一些。

叶片泵轴选用材料分两类：一类为合金渗碳钢12CrNi3等，另一类为中碳45钢或中碳合金钢40Cr、42CrMo等。前者经渗碳淬火处理，后者则在调质后进行高频感应加热淬火。

2.4 叶片的热处理

叶片泵在运行过程中，叶片在高压油的作用下，紧紧地与定子内表面接触而滑动，这时叶片顶端将产生大量摩擦热，使叶片局部温度升高。为保证叶片在高温下具有耐磨性，要求选材具有良好抗回火性。另外叶片从转子槽内伸出时，在高压油作用下承受大的弯曲应力，所以用于制造叶片的材料要有高的强度。

为满足叶片使用性能的要求，均选用高速钢W18Cr4V来制造。为提高叶片的耐磨性，在淬火、回火后再进行氮碳共渗，叶片很薄，且加工精度要求高，为此，热处理过程中要严格控制其畸变。主要措施是铁丝捆扎、垂直吊挂加热。叶片热处理工艺见表2 。

2.5 配油盘的热处理

配油盘又称侧板。配油盘和转子端面、叶片端面相对滑动而产生磨损，严重时间隙密封破坏，泄漏量加大，泵的容积效率下降。因此，配油盘应具有良好的耐磨性能。低中压泵配油盘一般采用青铜制造，而高压泵则采用HT300高强铸铁制造，并施以低温的化学热处理以提高其耐磨性。近年来已开始利用粉末冶金方法压制配油盘，然后进行气体氮碳共渗。配油盘的热处理工艺见表2 。

3 柱塞泵件的热处理

柱塞泵是依靠柱塞在缸体柱塞孔中作往复运动而产生的容积变化来实现吸油和压油过程。

柱塞泵压力高、排量大、效率高，其结构较齿轮泵和叶片泵要复杂，零件加工精度要求高。柱塞泵的主要零件在工作时都承受压应力作用，因此其材料的选用和热处理工艺安排着重从提高耐磨性方面考虑。柱塞泵分径向和轴向两大类，规格型号很多，现就用量较大的CY14-1型轴向柱塞泵零件为例介绍其热处理工艺。柱塞泵的主要零件有配油盘、缸套、柱塞、回程盘、斜盘及传动轴等，其热处理工艺见表3 。

▼表3 柱塞泵零件热处理工艺

另一种新型柱塞泵主要零件有转子组件、保持架、滑靴组件、柱塞、滑阀等，其热处理工艺见表4 ，滑靴组件可控气氛渗碳及退火工艺曲线见图5，柱塞氮化工艺曲线见图6 。

▼表4 新型柱塞泵零件热处理工艺

▲图5 滑靴组件可控气氛渗碳及退火工艺曲线

▲图6 柱塞氮化工艺曲线

4 液压阀零件的热处理

液压阀在液压传动系统中属控制元件。其作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，以达到系统所应有的功能。几乎所有的阀都是通过阀心在阀体中的移动来改变通流面积或通路来实现控制作用。阀的主要热处理零件有滑阀、阀座、提动阀及提动阀座等。

4.1 滑阀的热处理

滑阀与阀体组成摩擦副，且两者配合要求非常精确，一旦发生磨损，配合间隙加大，将造成泄漏增加，降低阀的使用性能。为此要求滑阀具有良好的耐磨性。同时也要具备一定的强度和韧性，以耐高压油的冲击。滑阀材料可选用低合金渗碳钢15CrMo、15Cr等，亦可选用45钢。前者多用于尺寸小且压力高的阀，后者应用于大型阀。滑阀的热处理工艺见表5 。

4.2阀座的热处理

阀座与滑阀以锥面相互配合，工作中将产生冲击磨损。所以要求表面耐磨而心部要求良好韧性。阀座多用15CrMo制造，热处理工艺见表5 。

4.3 提动阀和提动阀座的热处理

提动阀和提动阀座组成一对偶件，相互配合面很小，近似线接触，以保证控制的灵敏和准确。在工作过程中，提动阀在弹簧的作用下与提动阀座在配合处发生冲击磨损，往往因提动阀锥面被局部磨损或冲击产生缺陷而造成高压油的泄漏，使整个阀失去控制作用。提动阀应具有高的强度和耐磨性。可选用Cr12MoV或3Cr2W8V 钢制造。为提高其耐磨性，在淬火、回火后，最终进行氮碳共渗处理。

提动阀座在提动阀的冲击作用下，接触面将逐渐增大，使封油性能降低。因此，提动阀座应具有较高强度，在承受提动阀冲击时，不致产生大的塑性畸变。提动阀座选用42CrMo钢制造，原料调质后加工并进行氨碳共渗。提动阀和提动阀座热处理工艺见表5 。

▼表5 液压阀零件热处理工艺

5 液压元件的零件热处理的质量检验

液压元件的零件热处理后的质量检验项目及要求见表6 。

▼表6 液压件热处理质量检验项目及要求