一种低碳Mn-Ni-C-Sn系合金钢为材料的台阶轴加工制造方法技术领域
该发明属于机加工和电镀综合技术领域，本发明涉及台阶轴及其
Mn-Ni-C-Sn系合金钢，尤其是一种低碳Mn-Ni-C-Sn系合金钢为材料的台阶轴
加工制造方法。
背景技术
一般常采用切削加工，如车、铣、镗等对轴类零件进行加工，而这些加工通
常会残存有应力集中现象，使得零件的寿命变短，而且加工步骤繁多，耗时耗
工，并且在加工时所用切削液都是有副作用的有毒化学物质，对工人的身体不
好，而采用锻造加工法，避免了上述的缺点，一般情况下，采用“先成形零件
形状再检查材料质量”的流程，而钢锭中不可避免地存在一些疏松、气泡等缺
陷，这些缺陷的存在将严重降低零件的强度，为了保证重新锻打后能够得到合
格的零件，必须在最初确定坯料尺寸时留有充足的余量，以保证重锻后的最终
尺寸不会小于实际零件的要求，在上述锻造工序中，由于要满足锻件始锻温度
及终锻温度的要求，一般分为5-6次加热分别对锻件进行整体拔长及分段成
形，但整体拔长时的单次变形量都比较小，往往不能达到完全消除内部缺陷的
效果，重新锻打也时常进行，这样不仅造成了材料浪费，还消耗更多的加工工
时。锻后采用射线无损探伤发现，而大端仍然存在内部缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种低碳
Mn-Ni-C-Sn系合金钢为材料的台阶轴加工制造方法。
本发明设计一种低碳Mn-Ni-C-Sn系合金钢为材料的台阶轴加工制造方法。
，该台阶轴所用材料包括了下列元素的百分比含量：Ni0.5％-1.5％,Mo0.43％-
0.68％,C0.6-0.9％,Mn1.5-2.7％,Sn0.5-0.8％,V0.05％-0.2％,S<0.3％,P<0.02％,
其余为铁和不可避免的杂质，优选Ni0.7-1.4％,Mo0.47％-0.61％,C0.62-0.79％,
Mn1.7-2.3％,Sn0.61-0.72％,V0.07％-0.14％,S<0.3％,P<0.02％,采用的加工工
艺流程如下：(1)采用气相冷凝法制得粉料，首先对粉末进行退火处理，退火
温度为280-350℃，之后对粉末原料进行筛分，采用粉末注射成形法压制工件，
即将粒度为5-15μm的细粉与粘结剂均匀混合成为具有良好流变性的膏状注射
料，用注射成形机注入模腔，所加压力为25-30Mp，对压制成型的台阶轴坯料
进行烧结，烧结温度为：1200-1250℃，烧结时间为：1-3h，冷却后取出台阶轴，
(2)对两端的中心孔并对其进行车削加工，粗车外圆，在车削时要加跟刀架，
避免零件变形，保证加工精度，加工精度为IT8-IT9，表面粗糙度为Ra＝15-11
μm，(3)将经过机加工的台阶轴进行盐浴淬火，将其加热到810-930℃后保温
3-4h在盐水中冷却，在空气中回复到室温，立即进行高温回火，回火温度为：
550-630℃，保温1-2h，空冷，硬度为55-57HRC，(4)进行台阶轴表面碳氮共
渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入丙酮渗碳剂，将温度控制在870-920℃
使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,将碳氮共渗后的台阶轴进行表面磷酸处理，
去除氧化皮或缺陷，(5)将台阶轴安装在夹具上进行电解加工，电解加工的工
作参数为：电极进给速度0.5-1.1mm/min，加工电压为30-40V，电解液为
质量浓度为10-15％的KaOH水溶液，电解液的温度为30-40℃，电解液的
液压为4-5Mpa，加工的台阶轴表面质量好。
本发明的优点如下：实现了批量生产，台阶轴生产成本低，材料综合机械
性能有所提高，产品性能好，质量稳定，因此能满足产业化生产要求，从而得
到广泛的应用。在材料中新增加了Ni，使制的台阶轴更有韧性，其工艺流程为：
配料压铸烧结—对台阶轴进行碳氮共渗处理—表面酸处理-防腐电镀处理，该工
艺流程不仅表面硬度高耐磨性好且抗弯曲能力强，疲劳强度高，而且心部韧性
好，使用寿命长，工作可靠性高，本发明方法不仅保证了有效消除材料的内部
缺陷，减少材料以及切削加工带来的耗时，耗工而且工艺设计步骤合理，有利
于降低锻造变形力，并实现理想的材料力学性能，该电镀法实现了从一般加工
到精密加工的突破，而且加工的零件表面质量好，结构简单可靠。
具体实施方式
实施例一
设计一种台阶轴加工制造方法，该台阶轴所用材料为低碳Mn-Ni-C-Sn系合
金钢，包括了下列元素的百分比含量：Ni0.5％,Mo0.43％,C0.6％,Mn1.5％,Sn
0.5％,V0.05％,S<0.3％,P<0.02％,其余为铁和不可避免的杂质，采用的加工工艺
流程如下：(1)采用气相冷凝法制得粉料，首先对粉末进行退火处理，退火温
度为280℃，之后对粉末原料进行筛分，采用粉末注射成形法压制工件，即将
粒度为5μm的细粉与粘结剂均匀混合成为具有良好流变性的膏状注射料，用注
射成形机注入模腔，所加压力为25Mp，对压制成型的台阶轴坯料进行烧结，烧
结温度为：1200℃，烧结时间为：1h，冷却后取出台阶轴，(2)对两端的中心
孔并对其进行车削加工，粗车外圆，在车削时要加跟刀架，避免零件变形，保
证加工精度，加工精度为IT8，表面粗糙度为Ra＝15μm，(3)将经过机加工的
台阶轴进行盐浴淬火，将其加热到810℃后保温3h在盐水中冷却，在空气中回
复到室温，立即进行高温回火，回火温度为：550℃，保温1h，空冷，硬度为
55HRC，(4)进行台阶轴表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入丙
酮渗碳剂，将温度控制在870℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,将碳氮共渗
后的台阶轴进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，(5)将台阶轴安装在夹具
上进行电解加工，电解加工的工作参数为：电极进给速度0.5mm/min，加工
电压为30V，电解液为质量浓度为10％的KaOH水溶液，电解液的温度为
30℃，电解液的液压为4Mpa，加工的台阶轴表面质量好。
实施例二
设计一种台阶轴加工制造方法，该台阶轴所用材料为低碳Mn-Ni-C-Sn系合
金钢，包括了下列元素的百分比含量：Ni1.5％,Mo0.68％,C0.9％,Mn2.7％,Sn
0.8％,V0.2％,S<0.3％,P<0.02％,其余为铁和不可避免的杂质，采用的加工工艺流
程如下：(1)采用气相冷凝法制得粉料，首先对粉末进行退火处理，退火温度
为350℃，之后对粉末原料进行筛分，采用粉末注射成形法压制工件，即将粒
度为15μm的细粉与粘结剂均匀混合成为具有良好流变性的膏状注射料，用注射
成形机注入模腔，所加压力为30Mp，对压制成型的台阶轴坯料进行烧结，烧结
温度为：1250℃，烧结时间为：3h，冷却后取出台阶轴，(2)对两端的中心
孔并对其进行车削加工，粗车外圆，在车削时要加跟刀架，避免零件变形，保
证加工精度，加工精度为IT9，表面粗糙度为Ra＝15μm，(3)将经过机加工的
台阶轴进行盐浴淬火，将其加热到930℃后保温4h在盐水中冷却，在空气中回
复到室温，立即进行高温回火，回火温度为：630℃，保温2h，空冷，硬度为
57HRC，(4)进行台阶轴表面碳氮共渗处理，即把工件置于密封加热炉中通入丙
酮渗碳剂，将温度控制在920℃使工件在此高温下进行渗碳氮共渗,将碳氮共渗
后的台阶轴进行表面磷酸处理，去除氧化皮或缺陷，(5)将台阶轴安装在夹具
上进行电解加工，电解加工的工作参数为：电极进给速度1.1mm/min，加工
电压为40V，电解液为质量浓度为15％的KaOH水溶液，电解液的温度为
40℃，电解液的液压为5Mpa，加工的台阶轴表面质量好。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺
流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明
必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应
该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的
添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。