CN102719829B - 一种球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺，于该处理工艺按如下步骤进行：a.将准备进行热处理的球墨铸铁液压件进行清洗，除去表面油污；b.将清洗干净的球磨铸铁液压件装入回火炉中进行预氧化：c.先将渗氮多用炉升温，然后进行预渗处理；d.将c步骤经预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中进行渗氮；e.将d步骤经渗氮后的球墨铸铁液压件进行扩散；f.扩散结束后将球墨铸铁液压件在渗氮炉的冷却室中冷却，滤油后出炉；g.将出炉后的球墨铸铁液压件进行清洗，去除其表面的附着物，得产品。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，尤其是一种QT700球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺。
背景技术
对于球墨铸铁表面硬化处理一般采用软氮化工艺（低温氮碳共渗），软氮化处理后的球墨铸铁液压件由于其渗层较薄，不能进行去除材料加工，使得较小的变形没法消除，不能达到高端液压件的高精度要求。以前的气体氮化处理由于设备的控温精度不高，氨分解率(氮势)控制不精确和各种气体（NH3、N2、CO2）的纯度不够高等原因，造成氮化表面硬度不高、渗层厚度不够、氮化球墨铸铁液压件的白亮层过厚和氮化球墨铸铁液压件发生龟裂剥离等现象。
发明内容
本发明目的旨在克服现有技术的不足，提供一种有效增加渗层的厚度，进一步增加表面硬度和耐磨性，从而延长球墨铸铁液压件的使用寿命的球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：
该处理工艺按如下步骤进行：
a.将准备进行热处理的球墨铸铁液压件进行清洗，除去表面油污；
b.将清洗干净的球墨铸铁液压件装入回火炉中，控制温度为350℃，保温45min，进行预氧化：
c.先将渗氮多用炉升温至570℃，保温2h后进行预渗处理，首先升温至700℃，控制NH3气流量为200L/min，保温60 min，再降温至570℃，保温60 min；
d.将c步骤经预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，控制温度为500℃、NH3气流量为200L/min，保持3h；
e.将d步骤的渗氮炉调温至540℃，保温3.0h，其中在3h以内保温期间的NH3气流量为190-210L/min，在4-16h保温期间的NH3气流量为33-35L/min；
f. 扩散结束后球墨铸铁液压件在渗氮炉使用高速淬火油于120℃下冷却20-25min，滤油后出炉；
g.将f步骤出炉后的球墨铸铁液压件进行清洗，去除其表面的附着物，得产品。
该热处理工艺过程采用的设备有：
1、VCH-1000（真空碳氢熔剂清洗机）：主要用于球墨铸铁液压件渗氮前的去污清洗和渗氮后洗掉冷却介质，其特点是在真空负压的环境下利用碳氢清洗剂通过预洗喷淋、真空清洗、循环喷淋、真空干燥四个阶段去除球墨铸铁液压件上的油污，球墨铸铁液压件清洁干燥，使球墨铸铁液压件在氮化时更容易吸附活性N原子。
2、BTF-1000（回火炉）：主要用于对球墨铸铁液压件进行预氧化处理， 350℃保温45min，在球墨铸铁液压件表面形成一层氧化膜，增加N原子吸附的表面积。
3、BBN-1000-3R（渗氮多用炉）：该设备是由置换室，冷却室和加热室组成。处理过程中由程序控制器精确控制氮化的时间和温度，温度误差精确控制在±0.1℃范围内，时间误差在±1min之内。该设备的气氛是由(N2、NH3、CO2)组成，由氢探头检测炉内氢原子含量，确定炉内当前氨分解率，气体流量电磁阀控制各气体进入炉内时的流量，氮势的可控精度达0.01%。
经过氮化热工艺处理后，测得球墨铸铁液压件的氮化层深度为0.3651mm，表面硬度值最高可达到810.25HV。根据设计要求，氮化后精加工的加工余量为70μm。由图可以看出在70μm深处的硬度为720HV，即精加工去除70μm的加工余量后，表面硬度仍可满足设计要求，同时可消除由于热处理而引起的尺寸变化，使球墨铸铁液压件具有高精度的尺寸，完全满足QT700球墨铸铁液压件表面硬度HV690-730，氮化层深度0.30±0.02mm的技术要求。
本发明在氮化处理方面采用了可控氮势的气体渗氮工艺，为了加快氮化速度同时保证硬度的要求，本发明采用了三段氮化的工艺：即低温—高温—高温（低氮势）。该工艺过程分三个阶段，第一阶段采用了低温（500±0.1℃ 3h）低氮势，此阶段主要目的使球墨铸铁液压件的表面与芯部温度均衡一致，第二阶段采用高温（540±0.1℃ 3h）高氮势，其目的是建立高的活性N原子浓度，使球墨铸铁液压件表面迅速地吸收N原子，为活性N原子向内部扩散提供浓度梯度，并使球墨铸铁液压件表面形成弥散度大、硬度高的氮化物，有利于提高硬度，第三阶段采用高温（540±0.1℃ 12h）低氮势，使活性N原子浓度梯度平缓下降，调整表面的氮含量。
由于本发明采用了上述表面硬化氮化热处理工艺，可保证QT700球墨铸铁液压件达到表面硬度HV690-730，氮化层深度0.30±0.02mm的技术要求。
本发明采用的设备可使温度精确控制在±0.1℃，氨分解率精度为±0.01%，使用的NH3、N2、CO2纯度均达到99.99%以上，处理后的氮化球墨铸铁液压件满足设计要求。
进行氮化处理后的球墨铸铁液压件可以进行去除材料加工（精磨），可以有效的消除变形，使球墨铸铁液压件达到要求。同时氮化可以有效增加渗层的厚度，进一步增加表面硬度和耐磨性，从而延长球墨铸铁液压件的使用寿命。
附图说明：
图1是氮化后球墨铸铁液压件的金相组织：500×（附图1）；
图2是氮化后球墨铸铁液压件的金相组织：100×（附图2）；
白层厚度12～23um,组织为ε相，从表面到基体组织为ε相-γ`相-α相
图3是氮化后QT700球墨铸铁液压件的实测硬度曲线图；
图3中：
具体实施方式：
实施例1：
下面将QT700球墨铸铁液压件表面硬化氮化处理工艺具体实施方式做进一步说明：
该QT700球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺如下：
1、将准备处理的球磨铸铁液压件在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗，清洗后球墨铸铁液压件表面洁净无油污且是干燥的。
2、将清洗后的球墨铸铁液压件预氧化：将球墨铸铁液压件装入回火炉中，温度设定为350℃，保温45min。
3、将渗氮多用炉采用两段升温（第一段：升温至300保温2h；第二段：温度升至570℃保温2h。再作预渗处理，升温至700℃保温1h，然后降至570℃保温1h。在预渗过程中NH3的流量一直保持为200L/min。
4、将预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，在500℃保持3h，此时NH3流量为200L/min，NH3分解率为18％，然后升温至540℃保温15h，其中1～3h，NH3流量为200L/min，NH3分解率仍为18％，4～15h，NH3流量为34L/min，NH3分解率为18％ 。
5、扩散结束后将球墨铸铁液压件在渗氮炉的冷却室中快速冷却：使用专用冷却介质NO.99#，在温度为120℃时冷却15min，滤油后出炉。
6、将处理后的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中清洗，去除球墨铸铁液压件表面的附着物。
实施例2：
a.将准备进行热处理的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，除去表面油污；
b.将清洗干净的球磨铸铁液压件装入回火炉中，控制温度为340℃，保温50min，进行预氧化：
c.先将渗氮多用炉升温至560℃，保温1.5h后进行预渗处理，首先升温至690℃，控制NH3气流量为190L/min，保温70 min，再降温至560℃，保温70 min；
d.将c步骤经预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，控制温度为490℃、NH3气流量为210L/min，保持2.5h；
e.将d步骤的渗氮炉调温至550℃，保温2.5h，其中在3h以内保温期间的NH3气流量为210L/min，在4h保温期间的NH3气流量为33L/min；
f. 扩散结束后球墨铸铁液压件在渗氮炉使用高速淬火油于130℃下冷却20min，滤油后出炉；
g.将f步骤出炉后的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，去除其表面的附着物，得产品。
实施例3：
a.将准备进行热处理的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，除去表面油污；
b.将清洗干净的球磨铸铁液压件装入回火炉中，控制温度为360℃，保温40min，进行预氧化：
c.先将渗氮多用炉升温至580℃，2.5h后进行预渗处理，首先升温至710℃，控制NH3气流量为210L/min，保温50 min，再降温至580℃，保温50 min；
d.将c步骤经预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，控制温度为510℃、NH3气流量为190L/min，保持3.5h；
e.将d步骤的渗氮炉调温至530℃，保温3.5h，其中在3h以内保温期间的NH3气流量为190L/min，在16h保温期间的NH3气流量为35L/min；
f. 扩散结束后球墨铸铁液压件在渗氮炉使用高速淬火油于110℃下冷却25min，滤油后出炉；
g.将f步骤出炉后的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，去除其表面的附着物，得产品。
实施例4：
a.将准备进行热处理的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，除去表面油污；
b.将清洗干净的球磨铸铁液压件装入回火炉中，控制温度为350℃，保温45min，进行预氧化：
c.先将渗氮多用炉升温至560℃，保温1.5h后进行预渗处理，首先升温至690℃，控制NH3气流量为190L/min，保温70 min，再降温至560℃，保温70 min；
d.将c步骤经预氧化后的球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，控制温度为490℃、NH3气流量为210L/min，保持2.5h；
e.将d步骤的渗氮炉调温至550℃，保温2.5h，其中在3h以内保温期间的NH3气流量为210L/min，在4h保温期间的NH3气流量为33L/min；
f. 扩散结束后球墨铸铁液压件在渗氮炉使用高速淬火油于120℃下冷却15min，滤油后出炉；
g.将f步骤出炉后的球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中进行清洗，去除其表面的附着物，得产品。
Claims (1)
1.一种球墨铸铁液压件表面硬化氮化热处理工艺，其特征在于该处理工艺按如下步骤进行：
a.将准备处理的QT700球磨铸铁液压件在真空碳氢溶剂清洗机中进行清洗，清洗后的QT700球墨铸铁液压件表面洁净无油污且是干燥的；
b.将清洗后的QT700球墨铸铁液压件预氧化：将QT700球墨铸铁液压件装入回火炉中，温度设定为350℃，保温45min；
c.将渗氮多用炉采用两段升温：第一段，升温至300℃保温2h；第二段，温度升至570℃保温2h；再作预渗处理，升温至700℃保温1h，然后降至570℃保温1h；在预渗过程中NH3的流量一直保持为200L/min；
d.将预氧化后的QT700球墨铸铁液压件装入渗氮炉中，在500℃保持3h，此时NH3流量为200L/min，NH3分解率为18％，然后升温至540℃保温15h，其中1～3h，NH3流量为200L/min，NH3分解率仍为18％，4～15h，NH3流量为34L/min，NH3分解率为18％ ；
e.扩散结束后将QT700球墨铸铁液压件在渗氮炉的冷却室中快速冷却：使用专用冷却介质NO.99#，在温度为120℃时冷却15min，滤油后出炉；
f.将处理后的QT700球墨铸铁液压件在碳氢真空清洗机中清洗，去除QT700球墨铸铁液压件表面的附着物，得产品。
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