CN102864407A - 稀土催渗氮碳共渗工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及稀土催渗氮碳共渗工艺，所述工艺为配置不同浓度的稀土催渗剂，根据工件技术选择合适的工艺参数进行氮碳共渗，氮碳共渗结束后油冷；优选方案为所述稀土催渗剂是将氯化镧化合物溶于乙醇配制而成的；进一步方案为所述稀土催渗剂中氯化镧浓度分别为4、6、8克/升乙醇。与现有技术相比，本发明的工艺使渗层白亮层加厚，渗层深度增加，渗速提高9-14%，缩短了工艺时间，提高生产效率，并提高了工件表面硬度和扩散层硬度，使硬度梯度变得平缓，细化渗层组织，增加氮化物的弥散度，提高了工件的使用性能及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及热处理工艺，尤其涉及稀土催渗氮碳共渗工艺。
背景技术
传统的氮碳共渗具有共渗温度低、变形小、脆性低等优点，可以提高材料的疲劳寿命和耐磨性等性能，但存在渗层硬度较低，渗层深度小、渗剂利用不充分等缺点。
为了将稀土催渗先进技术应用于气体氮碳共渗生产，有必要研究稀土对3Cr2W8、40Cr、45钢气体氮碳共渗工艺性能和模具使用性能的影响，并结合现场生产实际，开发出合适的稀土催渗氮碳共渗工艺。
发明内容
本发明的目的就是为了克服传统的氮碳共渗存在渗层硬度较低，渗层深度小、渗剂利用不充分等缺陷而提供一种稀土催渗氮碳共渗工艺，该工艺使渗层白亮层加厚，渗层深度增加，渗速提高9-14%，缩短了工艺时间，提高生产效率，并提高了工件表面硬度和扩散层硬度，使硬度梯度变得平缓，细化渗层组织，增加氮化物的弥散度，提高了工件的使用性能及使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种稀土催渗氮碳共渗工艺，该工艺为配置不同浓度的稀土催渗剂，根据工件技术选择合适的工艺参数进行氮碳共渗，氮碳共渗结束后油冷。
优选的，所述稀土催渗剂是将氯化镧化合物溶于乙醇配制而成的。
优选的，所述稀土催渗剂中氯化镧浓度分别为4、6、8克/升乙醇。
优选的，所述稀土催渗氮碳共渗工艺是针对3Cr2W8、40Cr或45钢进行的。
优选的，所述的氮碳共渗温度为570℃。
优选的，所述的氮碳共渗过程中通入渗碳剂和渗氮剂。
进一步的，所述的渗碳剂为甲醇或丙酮，渗氮剂为氨气。
更进一步的，所述氨气流量为650～700升/小时。
优选的，所述稀土催渗氮碳共渗工艺采用的炉压为150～250帕。
优选的，所述稀土催渗氮碳共渗工艺采用的设备是JT-60井式气体氮碳共渗炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、使气体氮碳共渗材料表面硬度略有提高，其中45钢在稀土加入量为4克/升时表面硬度值最高。
2、使渗层白亮层加厚，深度增加；稀土氮碳共渗比不加稀土的共渗速度可提高9-14%。
3、稀土氮碳共渗扩散层硬度提高，硬度梯度变得平缓。
4、稀土的加入使渗层组织细化，合金氮化物弥散度增加。
附图说明
图1为稀土催渗氮碳共渗工艺示意图；
图2(a)为氯化镧加入量为4克/升乙醇与未加稀土时3Cr2W8氮碳共渗层硬度曲线对比图，图2(b)为氯化镧加入量为6克/升乙醇与未加稀土时3Cr2W8氮碳共渗层硬度曲线对比图，图2(c)为氯化镧加入量为8克/升乙醇与未加稀土时3Cr2W8氮碳共渗层硬度曲线对比图；
图3(a)为氯化镧加入量为4克/升乙醇与未加稀土时45钢氮碳共渗层硬度曲线对比图，图3(b)为氯化镧加入量为6克/升乙醇与未加稀土时45钢氮碳共渗层硬度曲线对比图，图3(c)为氯化镧加入量为8克/升乙醇与未加稀土时45钢氮碳共渗层硬度曲线对比图；
图4(a)为未加稀土时3000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图，图4(b)为氯化镧加入量为8克/升乙醇时3000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图；
图5(a)为未加稀土时15000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图，图5(b)为氯化镧加入量为8克/升乙醇时15000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
选取3Cr2W8、40Cr和45钢为试验材料，具体试样材料、尺寸分别为18*5、25*4、22*4。1，基体均为调质状态。
将氯化镧化合物溶于乙醇配制稀土混合渗剂。经自行溶解度试验（以稀土物加入后溶液不出现沉淀为界），氯化镧在乙醇中的最大溶解度约为12克/升。采用的氯化镧加入量为4克/升乙醇。
所用的设备为我厂的JT-60井式气体氮碳共渗炉，工作室尺寸：ø450×600mm。
在本实施例中，氮碳共渗过程中通入渗碳剂和渗氮剂。所述的渗碳剂为甲醇或丙酮，渗氮剂为氨气。
本实施例是结合实际生产进行的，采用我厂气体氮碳共渗常规工艺，如图1所示：氮碳共渗温度为570℃，氨气流量为650～700升/小时，炉压为150～250帕。
实施例2：
实施例2同实施例1，不同之处在于：采用的氯化镧加入量为6克/升乙醇。
实施例3：
实施例3同实施例1，不同之处在于：采用的氯化镧加入量为8克/升乙醇。
实施例4同实施例1，不同之处在于：采用的氯化镧加入量为0克/升乙醇。供上述前3个实施例做对比。
上述实施例中不同稀土量对3Cr2W8材料表面硬度的影响如下表2：
不同稀土量对45材料表面硬度的影响如下表3：
由上述表2、3可知：稀土的加入使气体氮碳共渗材料表面硬度略有提高。稀土的不同加入量对3Cr2W8表面硬度差别不大，但45钢在稀土加入量为4克/升时表面硬度值最高。
对3Cr2W8稀土氮碳共渗层深度金相法测定见下表4：
对3Cr2W8稀土氮碳共渗层深度硬度法测定（取从表面测到比基体硬度高出HV50处的距离为渗层深度）见下表5：
对45钢稀土氮碳共渗层深度硬度法测定（取从表面测到比基体硬度高出HV50处的距离为渗层深度）见下表6：
由上述表4、5、6可知：稀土的加入，使渗层白亮层加厚，深度增加。对比结果也表明：稀土氮碳共渗比不加稀土的共渗速度可提高9～14%。
上述实施例中，3Cr2W8氮碳共渗层硬度曲线分别如图2(a)、图2 (b)、图2 (c)钢氮碳共渗层硬度曲线如图3(a)、图3 (b)、图3 (c)所示；由图可知：稀土氮碳共渗扩散层硬度提高，硬度梯度变得平缓。其中，合金钢的效果比碳钢更理想。
上述实施例中，通过透射电镜观察氮碳共渗层的显微组织，3000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图如图4(a)、图4(b)所示，15000倍率下3Cr2W8稀土氮碳共渗的显微组织图如图5(a)、图5(b)所示；由图可知：稀土的加入使渗层组织细化，合金氮化物弥散度增加。
此外，还将本发明的稀土催渗气体氮碳共渗工艺应用在多种材料的模具上，效果良好，3Cr2W8V，H13铝合金压铸模使用寿命提高2倍以上，42CrMo等模具的使用寿命提高1-2倍。说明稀土不仅具有明显的催渗作用，而且还具有显著的表面改性作用。
Claims (10)
1.一种稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗氮碳共渗工艺为配置不同浓度的稀土催渗剂，根据工件技术选择合适的工艺参数进行氮碳共渗，氮碳共渗结束后油冷。
2.如权利要求1所述的稀土催渗碳氮共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗剂是将氯化镧化合物溶于乙醇配制而成的。
3.如权利要求2所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗剂中氯化镧浓度分别为4、6、8克/升乙醇。
4.如权利要求1至3中任一项所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗氮碳共渗工艺是针对3Cr2W8、40Cr或45钢进行的。
5.如权利要求1至3中任一项所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述的氮碳共渗温度为570℃。
6.如权利要求1至3中任一项所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述的氮碳共渗过程中通入渗碳剂和渗氮剂。
7.如权利要求6所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述的渗碳剂为甲醇或丙酮，渗氮剂为氨气。
8.如权利要求7所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述氨气流量为650～700升/小时。
9.如权利要求1至3中任一项所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗氮碳共渗工艺采用的炉压为150～250帕。
10.如权利要求1至3中任一项所述的稀土催渗氮碳共渗工艺，其特征在于：所述稀土催渗氮碳共渗工艺采用的设备是JT-60井式气体氮碳共渗炉。
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