CN102676983B - 一种渗碳处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种渗碳处理方法，该渗碳处理方法采用了复合渗碳的方法，首先将工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温，冷却，然后将工件继续置于900～980℃的渗碳介质中，保温。本发明在第一次渗碳后，工件表面具有一定的碳浓度分布和宏观厚度。同时，本发明利用步骤b)的第二次渗碳提高工件表面的碳浓度，从而提高了工件表面的宏观硬度和表面硬度。实验结果表明，本发明处理后的工件的宏观厚度为0.78～1mm，0.15mm处的硬度大于700HV。

Description

一种渗碳处理方法

技术领域

本发明涉及处理方法技术领域，更具体地说，涉及一种渗碳处理方法。

背景技术

渗碳处理方法为一种金属表面处理方法，是以磨损为主要失效模式的部件的主要热处理方法。具体来说，渗碳处理方法是为了增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳处理方法包括固体渗碳法、液体渗碳法、真空渗碳法和气体渗碳法等。

目前，需要渗碳的工件多为低碳钢或低合金钢，常用方法为：将工件置入活性渗碳介质中，加热到900～950℃的单相奥氏体区，保温，使活性渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入工件表层，从而获得表层高碳、心部仍保持原有成分的工件。

常规工件的渗碳处理技术指标包括硬化层、表面硬度、心部硬度、宏观厚度等。其中，宏观厚度是指硬度为685Hv的硬化层深度。渗碳处理后的工件，其表层硬度值较高，从表层至心部硬度逐渐降低。现有技术中报道的渗碳处理方法包括首先将工件进行渗碳淬火，清洗后回火；或者首先将工件渗碳空冷，然后进行淬火，清洗后回火。按照上述渗碳处理方法处理后的工件虽然整体硬化层达到要求，但是，由于渗碳过程中碳原子的扩散原因，工件的表层一定深度不能得到高的碳浓度，从而出现表层一定范围硬度值相对比较低，表面强度欠缺，宏观厚度较小，在使用过程中常表现为易出现早期磨损。特别是对于高性能的大型高档摩托车、赛车等由于工作环境恶劣、性能要求高的车辆来说，常常会引起早期失效或意外故障等。

为了提高工件的表面硬度和宏观厚度，常规做法大多通过提高渗碳碳势以提高工件表面碳含量，从而提高工件表面硬度，来满足宏观厚度要求。但是，由于高的渗碳碳势处理的工件在淬火后残余奥氏体量将增加，因此，该方法不仅不能提高件的表面硬度，反而降低了工件的显微硬度，使工件的使用寿命下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种渗碳处理方法，该方法处理后的工件具有较高的表面硬度和宏观厚度。

本发明提供一种渗碳处理方法，包括：

步骤a)将工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温，冷却；

步骤b)将步骤a)处理后的工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温。

优选的，所述步骤a)具体为：

步骤a1)将工件置于温度为900～980℃、碳势为0.8％～1.2％的渗碳介质中保温6～10小时；

步骤a2)将步骤a1)处理后的工件冷却。

优选的，所述步骤a1)具体为：

步骤a11)将工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2％的渗碳介质中保温2～3小时；

步骤a12)将步骤a11)处理后的工件在碳势为1.1％的渗碳介质中保温3～4小时；

步骤a13)将步骤a12)处理后的工件在碳势为0.8％的渗碳介质中扩散2小时。

优选的，所述步骤a2)具体为：

将步骤a1)处理后的工件在空气中放置1～3小时。

优选的，所述步骤b)具体为：

步骤b1)将工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2％的渗碳介质中保温2～3小时；

步骤b2)将步骤b1)处理后的工件在碳势为1.1％的渗碳介质中保温3～4小时；

步骤b3)将步骤b2)处理后的工件在碳势为0.8％的渗碳介质中扩散2小时。

优选的，所述步骤a)和步骤b)中渗碳介质为甲醇和丙烷。

优选的，还包括：

步骤c)将步骤b)处理后的工件淬火；

步骤d)将步骤c)得到的工件回火处理。

优选的，所述步骤c)具体为：

步骤c1)将步骤b)处理后的工件加热至850～900℃，保温；

步骤c2)将步骤c1)得到工件降温至850℃，保温，然后置于100℃的淬火油中。

优选的，所述步骤d)具体为：

步骤d1)将步骤c)得到的工件在150～180℃下保温1～5小时；

步骤d2)将步骤d1)得到工件冷却。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种渗碳处理方法，该渗碳处理方法采用了复合渗碳的方法，首先将工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温，冷却，然后将工件继续置于900～980℃的渗碳介质中，保温。本发明在第一次渗碳后，工件表面具有一定的碳浓度分布和宏观厚度。同时，本发明利用步骤b)的第二次渗碳提高工件表面的碳浓度，从而提高了工件表面的宏观硬度和表面硬度。实验结果表明，本发明处理后的工件的宏观厚度为0.78～1mm，0.15mm处的硬度大于700HV。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的待处理工件的示意图；

图2为本发明实施例公开的步骤a)的渗碳空冷工艺曲线图；

图3为本发明实施例公开的步骤b)的渗碳空冷工艺曲线图；

图4为本发明实施例公开的步骤c)的淬火工艺曲线图；

图5为本发明实施例公开的步骤d)的回火工艺曲线图；

图6为本发明实施例公开的渗碳处理后的工件的硬度梯度图；

图7为本发明比较例公开的渗碳处理后的工件的硬度梯度图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种渗碳处理方法，包括：

步骤a)将工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温，冷却；

步骤b)将步骤a)处理后的工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温。

本发明在对工件进行渗碳处理的过程中，采用的设备优选为UBE-600多用炉生产线。所述工件优选为低碳钢工件或低合金钢工件，更优选为摩托车曲轴连杆，例如材质为20CrMo。

按照本发明，所述步骤a)具体为：

步骤a1)将工件置于温度为900～980℃、碳势为0.8％～1.2％的渗碳介质中保温6～10小时；步骤a2)将步骤a1)处理后的工件冷却。

其中，所述步骤a1)前，优选将工件加热至900～980℃保温0.5～2小时，更优选为保温0.5～1小时。

所述步骤a1)优选为：

步骤a11)将工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2％的渗碳介质中保温2～3小时；步骤a12)将步骤a11)处理后的工件在碳势为1.1％的渗碳介质中保温3～4小时；步骤a13)将步骤a12)处理后的工件在碳势为0.8％的渗碳介质中扩散2小时。

所述步骤a2)优选为将步骤a1)处理后的工件在空气中放置1～3小时，更优选为首先将步骤a1)处理后的工件冷却至850～870℃后，然后在空气中放置1～3小时。

按照本发明，所述步骤b)优选为：

步骤b1)将工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2％的渗碳介质中保温2～3小时；步骤b2)将步骤b1)处理后的工件在碳势为1.1％的渗碳介质中保温3～4小时；步骤b3)将步骤b2)处理后的工件在碳势为0.8％的渗碳介质中扩散2小时。

其中，所述步骤b1)前，优选将工件加热至900～980℃保温0.5～2小时，更优选为保温0.5～1小时。

所述步骤a)中渗碳介质优选为甲醇和丙烷。所述步骤b)中渗碳介质优选为甲醇和丙烷。

按照本发明，还包括：

步骤c)将步骤b)处理后的工件淬火；

步骤d)将步骤c)得到的工件回火处理。

其中，所述步骤c)优选为：

步骤c1)将步骤b)处理后的工件加热至850～900℃，保温；步骤c2)将步骤c1)得到工件降温至850℃，保温，然后置于100℃的淬火油中。

步骤c)优选首先将步骤b)处理后的工件加热，加热温度优选为860～890℃，更优选为880℃。由于碳只有融入奥氏体中对硬度的贡献才是有效的，因此本发明将步骤b)处理后的工件加热至850～900℃，使复合渗碳所得到的高碳浓度得到分解充分融入奥氏体中。所述步骤c2)淬火后，由于工件表面有少量存留的淬火油，因此，优选将步骤c2)处理后的工件清洗。

所述步骤d)优选为：

步骤d1)将步骤c)得到的工件在150～180℃下保温1～5小时；步骤d2)将步骤d1)得到工件冷却。所述步骤d1)中优选将步骤c)得到的工件在170℃下保温4小时，从而确保了工件的组织转化完全并稳定。

利用本发明提供的渗碳处理方法处理后的工件的硬化层为1.6～1.9mm(513HV)；宏观厚度为0.78～1.0mm(685HV)；在0.15mm处的硬度≥700HV；170℃的温度中放置4小时，自然冷却后硬度值降低不大于0.5个HRC单位；表面硬度为59～63HRC；心部硬度为30～45HRC。

本发明提供一种渗碳处理方法，该渗碳处理方法采用了复合渗碳的方法，首先将工件置于900～980℃的渗碳介质中，保温，冷却，然后将工件继续置于900～980℃的渗碳介质中，保温。本发明在第一次渗碳后，工件表面具有一定的碳浓度分布和宏观厚度。同时，本发明利用步骤b)的第二次渗碳提高工件表面的碳浓度，从而提高了工件表面的宏观硬度和表面硬度。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例

利用UBE-600多用炉对如图1所示的摩托车曲轴发动机连杆进行渗碳处理。

步骤a)如图2所示，将工件在930℃的渗碳温度下，经30分钟均温后置于甲烷和氢气的混合气体中，在1.2％碳势下保温120分钟，然后在1.1％的碳势下保温200分钟，然后在0.8％碳势下扩散120分钟，最后随UBE-600多用炉冷却至860℃，在加热炉前室冷却120分钟；

步骤b)如图3所示，将步骤a)处理后的工件在930℃的渗碳温度下，经30分钟均温后置于甲烷和氢气的混合气体中，在1.2％碳势下保温90分钟，然后在1.1％的碳势下保温60分钟，然后在0.8％碳势下扩散60分钟，最后随UBE-600多用炉冷却至860℃，在加热炉前室冷却120分钟；

步骤c)如图4所示，将步骤b)处理后的工件先加热至880℃，在保温60分钟后降温至淬火温度850℃，保温60分钟拉至前室油槽淬火，清洗；

步骤d)如图5所示，将步骤c)处理后的工件在170℃的温度中放置2小时，自然冷却后表面硬度降低值不得大于0.5个HRC单位，采用在170℃温度下进行240分钟的回火。

对本实施例渗碳处理后的工件进行性能测定，其中，硬化层为1.7mm；宏观厚度为0.9；0.15mm处硬度值为750HV；170℃的温度中放置2小时，硬度降低0～0.2HRC；表面硬度为60.5-62HRC；心部硬度为42HRC；硬度梯度如图6所示。

比较例

利用UBE-600多用炉对如图1所示的摩托车曲轴发动机连杆进行渗碳处理。

步骤a)将工件在930℃的渗碳温度下，经30分钟均温后置于甲烷和氢气的混合气体中，在1.2％碳势下保温120分钟，然后在1.1％的碳势下保温200分钟，然后在0.8％碳势下扩散120分钟，最后随UBE-600多用炉冷却至860℃，在加热炉前室冷却120分钟；

步骤b)将步骤a)处理后的工件先加热至880℃，在保温60分钟后降温至淬火温度850℃，保温60分钟拉至前室油槽淬火，清洗；

步骤c)将步骤b)处理后的工件在170℃的温度中放置2小时，自然冷却后表面硬度降低值不得大于0.5个HRC单位，采用在170℃温度下进行240分钟的回火。

对本实施例渗碳处理后的工件进行性能测定，其中，硬化层为1.8mm，宏观厚度为0.7mm，硬度梯度如图7所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种渗碳处理方法，其特征在于，包括：

步骤a11）将工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2%的渗碳介质中保温2～3小时；

步骤a12）将步骤a11）处理后的工件在碳势为1.1%的渗碳介质中保温3～4小时；

步骤a13）将步骤a12）处理后的工件在碳势为0.8%的渗碳介质中扩散2小时；

步骤a2）将步骤a13）处理后的工件冷却；

步骤b）具体为：

步骤b1）将a2）处理后的工件置于温度为900～940℃、碳势为1.2%的渗碳介质中保温2～3小时；

步骤b2）将步骤b1）处理后的工件在碳势为1.1%的渗碳介质中保温3～4小时；

步骤b3）将步骤b2）处理后的工件在碳势为0.8%的渗碳介质中扩散2小时；

步骤c1）将步骤b3）处理后的工件加热至850～900℃，保温；

步骤c2）将步骤c1）得到工件降温至850℃，保温，然后置于100℃的淬火油中；

步骤d1）将步骤c2）得到的工件在150～180℃下保温1～5小时；

步骤d2）将步骤d1）得到工件冷却。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤a2）具体为：

将步骤a13）处理后的工件在空气中放置1～3小时。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤a11）、a12）、a13）和步骤b）中渗碳介质为甲醇和丙烷。

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