CN103898438B - 气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺，包括如下步骤：（1）将工件置入氮化炉中，开始通入氮气，同时开始加热，升温至590-610℃后，保温1h；（2）开始通入二氧化碳和氨气，同时开始加热，升温至640-660℃后，保温3h，然后停止通入二氧化碳，继续保温1h，然后停止通入氨气；（3）降温至70-90℃后，保温40min；（4）将步骤（3）处理后的工件置入氧化炉内，开始通入氮气，同时开始加热，升温至290-310℃后，保温10min；（5）开始通入水蒸气，调节氮气的通入量，同时开始加热，升温至530-550℃后，保温100min；（6）调节氮气的通入量，同时开始冷却，降温至490-510℃后，保温10min出炉。本发明实现表面层无疏松，产品表面硬度、耐磨性、抗咬合性、接触疲劳强度等均得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺。
背景技术
气体氮碳共渗和水蒸气复合处理的金相组织为：表面为亮白层、氮化层、心部原始组织。表面白亮层可分为：最表面层非致密的、有孔隙的疏松层和无孔隙的致密层，表面的疏松层是白亮层的重要缺陷，它会严重影响氮化表面硬度、耐磨性、抗咬合性以及接触疲劳强度等。
现有针对表面疏松层的控制方法是在气体氮碳共渗时温度一定的情况下，合理控制氨分解率来达到一定比例二段疏松。比如美国标准ASTMA108中牌号为1215易切削钢材料，目前控制到总白亮层厚度在15μm左右时，疏松层占总白亮层的25%-35%，但是气体的使用量大，增大了企业的生产成本，而且当1215易切削钢材料中的含硫量发生变化时，就会导致疏松层的含量增加，此时疏松层占总白亮层的比值会大于40%，风险指数高，无法满足客户对产品表面硬度、耐磨性、抗咬合性以及接触疲劳强度等的要求。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低的气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺，包括如下步骤：
（1）将工件置入氮化炉中，开始通入氮气，同时开始加热，升温至590-610℃后，保温1h；
（2）开始通入二氧化碳和氨气，同时开始加热，升温至640-660℃后，保温3h，然后停止通入二氧化碳，继续保温1h，然后停止通入氨气；
（3）降温至70-90℃后，保温40min；
（4）将步骤（3）处理后的工件置入氧化炉内，开始通入氮气，同时开始加热，升温至290-310℃后，保温10min；
（5）开始通入水蒸气，调节氮气的通入量，同时开始加热，升温至530-550℃后，保温100min；
（6）调节氮气的通入量，同时开始冷却，降温至490-510℃后，保温10min出炉。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（1）中，氮气的通入量为每小时0.5m3-1.5m3。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（2）中，二氧化碳的通入量为每分钟3.5L-4.5L，氨气的通入量为每小时6.5m3-7.5m3。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（3）中，先快速降温至240-260℃，降温时间为1min,然后再缓慢降温至70-90℃，降温时间为1h。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（4）中，氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（5）中，水蒸气的通入量为45-80MPag，氮气的通入量为每小时0.5m3-1.5m3。
本发明一个较佳实施例中，气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺进一步包括所述步骤（6）中，氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明通过采用二段阶梯式的工艺方式，对NH3的最佳活性进行分析，确定在590-700℃为最佳状态，同时控制NH3、N2、CO2之间的通入量，对气体氮碳共渗的温度，超越常规的铁素体气体氮碳共渗的温度，降低控制可能带来的品质异常风险，节约气体的使用量，达到节约能源、降低成本，同时实现表面层无疏松的目的，使得产品的表面硬度、耐磨性、抗咬合性以及接触疲劳强度等均得到提高的优点，满足客户的要求，竞争力强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的氮化工艺原理图；
图2是本发明的优选实施例的氧化工艺原理图；
图3是采用本发明的加工方法所加工出的工件的金相照片，放大倍数为2500倍，腐蚀条件为用质量浓度为3-5﹪硝酸乙醇溶液进行侵蚀。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的处理工艺原理图如图1、图2所示，一种气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺，包括如下步骤：
（1）将工件置入氮化炉中，开始通入氮气，氮气的通入量为每小时0.5m3-1.5m3，同时开始加热，升温至590-610℃后，保温1h；
（2）开始通入二氧化碳和氨气，二氧化碳的通入量为每分钟3.5L-4.5L，氨气的通入量为每小时6.5m3-7.5m3，同时开始加热，升温至640-660℃后，保温3h，然后停止通入二氧化碳，继续保温1h，然后停止通入氨气；
（3）先快速降温至240-260℃，降温时间为1min，然后再缓慢降温至70-90℃，降温时间为1h，保温40min；
（4）将步骤（3）处理后的工件置入氧化炉内，开始通入氮气，氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3，同时开始加热，升温至290-310℃后，保温10min；
（5）开始通入水蒸气，水蒸气的通入量为45-80MPag，调节氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3，同时开始加热，升温至530-550℃后，保温100min；
（6）调节氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3，同时开始冷却，降温至490-510℃后，保温10min出炉。
本实施例中，所述步骤（1）中，氮气的通入量为每小时1m3，升温时间为1.5h。
本实施例中，所述步骤（2）中，二氧化碳的通入量为每分钟4L，氨气的通入量为每小时7m3，升温时间为30min。
本实施例中，所述步骤（3）中，先快速降温至250℃，降温时间为1min,然后再缓慢降温至80℃，降温时间为1h。
本实施例中，所述步骤（4）中，氮气的通入量为每小时8m3，升温时间为45min。
本实施例中，所述步骤（5）中，水蒸气的通入量为60MPag，氮气的通入量为每小时1m3，升温时间为2h。
本实施例中，所述步骤（6）中，氮气的通入量为每小时8m3，降温时间为30min。
从图3中可以得知，通过本发明的处理工艺使工件得到非常均匀的氧化层和致密的白亮层，L1：20.9um，L2：20.7um，表示为非常均匀的氧化层的厚度与致密的白亮层的厚度的总和；L3：16.9um，L4：16.9um，表示为均匀的致密白亮层的厚度；L5：3.4um，L6：3.9um，表示为均匀的氧化层的厚度。实现表面无疏松层的目的，使得产品的表面硬度、耐磨性、抗咬合性以及接触疲劳强度等均得到提高的优点，满足客户的要求，竞争力强。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (2)
1.一种气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将工件置入氮化炉中，开始通入氮气，氮气的通入量为每小时0.5m3-1.5m3，同时开始加热，升温至590-610℃后，保温1h；
（2）开始通入二氧化碳和氨气，二氧化碳的通入量为每分钟3.5L-4.5L，氨气的通入量为每小时6.5m3-7.5m3，同时开始加热，升温至640-660℃后，保温3h，然后停止通入二氧化碳，继续保温1h，然后停止通入氨气；
（3）降温至70-90℃后，保温40min；
（4）将步骤（3）处理后的工件置入氧化炉内，开始通入氮气，氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3，同时开始加热，升温至290-310℃后，保温10min；
（5）开始通入水蒸气，水蒸气的通入量为45-80MPag，调节氮气的通入量，氮气的通入量为每小时0.5m3-1.5m3，同时开始加热，升温至530-550℃后，保温100min；
（6）调节氮气的通入量，氮气的通入量为每小时7.5m3-8.5m3，同时开始冷却，降温至490-510℃后，保温10min出炉。
2.根据权利要求1所述的气体氮碳共渗及水蒸气复合处理工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，先快速降温至240-260℃，降温时间为1min,然后再缓慢降温至70-90℃，降温时间为1h。
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