CN104451534A - 用于对由奥氏体防锈不锈钢制成的深拉件或冲压弯折件渗碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对由奥氏体防锈不锈钢制成且具有小壁厚的深拉制品或冲压-弯折制品渗碳的方法,所述小壁厚在至少一些区域中对于这样的制品是平常的,其中在第一工艺步骤中将制品插入到烤炉中并且加热到第一温度,其中存在于烤炉中的含氧标准气氛被第一气体混合物代替,并且其中在第二工艺步骤中将制品加热到第二温度,其中第一气体混合物被第二气体混合物代替,并且其中在第三工艺步骤中将制品维持在第二温度,其中第二气体混合物被第三气体混合物代替,并且其中在第四工艺步骤中将制品冷却到第三温度,其中第三气体混合物被第四气体混合物代替。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对由奥氏体防锈不锈钢制成且具有小壁厚的深拉件或冲压弯折件渗碳的方法,所述小壁厚在至少一些区域中对于这样的零件是平常的。
背景技术
在本发明的意义上,深拉件和冲压弯折件的平常小壁厚低于2000μm。这样的不锈钢零件借助于拉伸压缩重定形或者冲压-弯折由非常薄的片金属制造并且采取非常细工的结构。取决于使用的方法,可以制造具有变化的或者不变的壁厚的零件,其中这些零件于是完全包括小于2000μm的壁厚或者它们在至少一些区域中具有这样的壁厚。
这些细工物品用在相当不同的技术领域,诸如例如作为变速箱中的轴承盖,ABS系统中的阀座或者作为高精度测量中用于危险物质的试样载体,并且经受极端的机械、热和化学应力。因此,对于抗腐蚀材料的需求,包括高硬度,相应地是高的。
然而,这样的硬化物品,尤其是具有高长度直径比(纵横比)和/或包含氮的这样的零件的质量迄今相对于机械抗力、焊接适合性以及抗腐蚀性是差的。基于碳的方法提供了补救。但是,它们只在有限程度上适合于勺式深拉或者冲压-弯折件。污物借助于碳通过表面硬化造成,所述污物依照最新的工业标准不再能够经济地从勺式零件中移除。如果从现有技术获悉的确立的用于表面硬化的方法用于具有非常薄的壁厚和高纵横比的物品,那么无法产生满足质量要求的工业上可重现的表面层。
这些结果的原因必须在所确立的方法的部分极端处理条件下全面看到。
US 2012/111454因此示出了例如一种用于对防锈钢锭渗碳的高温方法。在该方法中,使用了包含在760℃与1200℃之间的渗碳温度。使用这样的高温的方法不能用于薄壁深拉和冲压-弯折物品的表面硬化,因为它们造成部分地非常细工的结构的热变形并且因此使得它们不可用。
US 6,461,448示出了一种用于对钢制品渗碳的方法,其中所述钢制品在熔融碱性槽液中进行处理。由于薄的壁厚的原因,这种侵蚀处理在本发明的意义上造成细工物品获得部分相当程度的腐蚀破坏,导致非常不均匀的表面层。此外,已经证明,由于不完整的表面润湿的原因,细工物品的液体处理导致不尽人意的结果。
在这个方面,EP 0 678 589 B1公开了一种用于对奥氏体金属渗碳的方法。在这里,将基于氟的气体应用到金属。基于氟的气体由于其反应性的原因而是高腐蚀性的,并且结果它们侵蚀性地作用于金属的表面。尽管这样造成的表面移除甚至对于具有高壁厚以及相应高数量的材料的制品是希望的,但是该表面移除在薄壁深拉和冲压-弯折物品中不能被补偿,并且导致制品的不可逆转的破坏。此外,那里使用的气体是高毒性、高腐蚀性的,并且包括非常危害环境的性质,因此,它们对于要使用的反应器、存储以及操作安全性提出了非常高的要求。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于对薄壁深拉或冲压-弯折不锈钢制品渗碳的有效方法。
为了实现这个目的,提出了包括依照权利要求1的特征的发明。另外的优点和特征根据从属权利要求将变得清楚明白。
具体实施方式
本发明有利地提出了一种包括适于薄壁深拉和冲压-弯折制品的细节的温和条件的方法。
依照本发明,将制品插入用于实施该方法的烤炉中。据发现,氧和水的残留物尤其妨碍表面硬化。为了排除这些破坏性因素,将制品加热到水的沸点温度以上的温度。在这里,包含在110℃与140℃之间的温度是优选的并且120℃是最优选的。
此外,依照本发明,烤炉中的含氧气氛将被第一气体混合物代替。因此,烤炉有利地包括气体入口和气体出口。
依照实施该工艺的一种优选方式,它可以被提供来在引入第一气体混合物之前向烤炉充满惰性气体。在这里,有利地加速氧气置换,并且降低由标准含氧气氛与第一气体混合物接触所引起的可能的潜在危险。诸如尤其是氮气或氩气之类的已知化学上不起反应的气体优选地将用作惰性气体。
除别的以外,不生锈的不锈钢包括作为合金元素的铬。由于与大气中的氧气接触,钝化且抗腐蚀氧化铬(III)层在材料表面上形成。
在渗碳期间,非常重要的是移除该钝化氧化铬层或者对该钝化氧化铬层去钝化,以便允许碳均匀扩散到不锈钢的表面区中。如果由于缺乏去钝化的原因而没有保证这点,那么扩散会在具有完好氧化铬层的区域中受阻碍,并且结果将是得到的表面层中的非均匀硬度分布。此外,在具有完好氧化铬层的区域中缺乏去钝化导致表面区域中缺陷部位的形成。这些缺陷部位最终导致钢的不希望的降低的抗腐蚀性。
依照本发明的一个优选的特征,第一气体混合物因此具有还原特性,以便避免铬的进一步氧化。此外,该气体混合物已经启动表面的去钝化。依照本发明的另一个优选的特征,第一气体混合物至少由含氢气体和含氮气体组成,并且特别优选的是H2和N2。据发现,该气体混合物特别地结合第一工艺步骤的温和温度对于氧化铬层具有特别温和和有利的影响,而对于细工制品的表面形态没有不利的影响。
依照本发明的一个优选的特征,氧气浓度将借助于传感器连续地或者间隔地测量。在这里,连接到传感器的控制单元连续地或者间隔地将实际值与可自由选择的设定点进行比较,并且在实际值与设定点相等的情况下,控制单元使得烤炉能够执行第二工艺步骤。依照本发明的方法由此有利地高度简化,并且按照这种方式为用户最小化了可能的误差来源。
依照本发明,提供了第二工艺步骤,其中将制品加热到用于渗碳的目标温度,即第二温度。优选地,选择第二温度,使得该温度明显低于高度冷成型铁合金的再结晶温度(680℃)。在这里,有效地防止了表面形态的可能修改,由此促进了均匀表面层的形成。第二温度优选地包含在450℃与550℃之间,并且最优选地为500℃。加热阶段尤其用于氧化铬层的温和且完整的去钝化。
有利的是至少在某些温度范围内将加热速率选择得尽可能低,以便确保均匀的去钝化。关于这点,申请人发现,得到的薄壁深拉件的表面层的质量显著地遭受高加热速率的影响。在某个温度范围内,加热速率优选地包含在0.5与1℃/min之间,更优选地在0.5与0.7℃/min之间,并且最优选地为0.5℃/min。其中选择该低加热速率的温度范围优选地包含在420℃与550℃之间,更优选地在450℃与500℃之间,并且最优选地在480℃与500℃之间。
依照本发明的一个特征,第一气体混合物在第二工艺步骤中将被第二气体混合物代替。在这里,据发现,到第二温度的加热阶段期间薄壁深拉件的温和去钝化优选地将由这样的气体混合物实现,该气体混合物至少由含氢气体、含氮气体以及含碳气体组成。尤其是结合低加热速率,优选地可以实现氧化铬层的特别缓慢并且因而温和且可很好控制的去钝化。
依照本发明的一个有利的特征,利用选择性地或者完全地溶解钝化层(passive layer)的添加剂处理制品。这些添加剂尤其是指以固体或液体形式应用到物品或者烤炉中的盐化合物和/或有机物质和酸化剂。在这里,该应用优选地发生在将制品插入到烤炉中之前或者第二工艺步骤期间。为此目的,使用结合反应气体形成酸反应产物的固体和/或液体,所述反应产物在将其引入到水中的情况下将导致<7的pH值。在这里,将物质直接应用到制品表面之上或之中被证明是特别有利的。由此,初期启动和促进均匀去钝化的局部去钝化工艺将已经在低温下启动。
作为含碳成分,优选地为碳氧化物,饱和、非饱和、脂肪族、环、杂环和/或芳香烃可以被添加到第二气体混合物。在这里,诸如尤其是乙炔之类的非饱和烃的使用是非常优选的。
作为含氮成分,优选地为基本的氮气,氨、胺、酰胺、酰亚胺、腈类和/或氮氧化物可以被添加到第二气体混合物。
在这里,据发现,尤其是结合去钝化添加剂的作为第二气体混合物的组分的基本氢气的使用导致特别均匀的表面层的形成。
依照本发明的一个优选的特征,温度将借助于传感器连续地或者间隔地测量。在这里,连接到传感器的控制单元连续地或者间隔地将实际值与用于第二温度的可自由选择的设定点进行比较,并且在实际值与设定点相等的情况下,控制单元使得烤炉能够执行第三工艺步骤。依照本发明的方法由此有利地高度简化,并且按照这种方式为用户最小化了可能的误差来源。
依照本发明,提供了第三工艺步骤,其中将深拉件恒定地保持在第二温度上。关于这点,第三工艺步骤用于薄壁深拉件的渗碳。据发现,第二温度有利地允许要硬化的表面层的温和形成。碳到深拉件的表面区域的扩散在这些温度下缓慢地发生,因此容易进行控制并且使得富于碳的均匀表面层形成。太高的温度在任何情况下都必须避免,因为由于涉及的分子的高动能和高扩散速度的原因,不均匀层和碳化物颗粒将形成。
依照本发明,第二气体混合物将被特别适合于温和条件下的温和渗碳的第三气体混合物代替。关于这点,至少由含氢气体、含氮气体以及含碳气体组成的气体混合物的使用被证明是有利的。它可以优选地被提供来将另一种含碳成分添加到该气体混合物,由此这两种不同的碳成分将以协同的方式促进富于碳的均匀表面层的形成。
作为第一含碳成分,优选地为碳氧化物,饱和、非饱和、脂肪族、环、杂环和/或芳香烃可以被添加到第三气体混合物。在这里,诸如尤其是乙炔之类的非饱和烃的使用是非常优选的。
作为第二含碳成分,优选地为碳氧化物,饱和、非饱和、脂肪族、环、杂环和/或芳香烃可以被添加到第三气体混合物。在这里,诸如尤其是一氧化碳之类的碳氧化物的使用是最优选的。
作为含氮成分,优选地为基本的氮气,氨、胺、酰胺、酰亚胺、腈类和/或氮氧化物可以被添加到第三气体混合物。
依照本发明的一个优选的特征,所述气体成分的各浓度将借助于各传感器连续地或者间隔地测量。在这里,连接到传感器的控制单元连续地或者间隔地将各实际值与用于气体成分的各浓度的可自由选择的设定点进行比较,并且连续地或者间隔地补偿容错内的偏差。工艺控制由此有利地被简化,并且允许提供恒定的工艺条件,这对于富于碳的均匀表面层的形成具有决定性的重要意义。
在这里,富于碳的表面层的层厚度可以借助于析气的持续时间而设定。有利的是,需要包含在2小时与10小时之间的时间段以便生成具有10-40μm的厚度的表面层。
依照本发明的一个优选的特征,包括用于测量时间的相应设备的控制单元将使得烤炉能够在可自由选择的渗碳时间过去之后实施第四工艺步骤。依照本发明的方法由此有利地高度简化,并且按照这种方式为用户最小化了可能的误差来源。
依照本发明,提供了第四工艺步骤,其中将深拉件冷却到第三温度。在这里,其优选地被提供来将深拉件冷却到包含在50℃与80℃之间的温度并且最优选地冷却到60℃。
在这里,据发现,其中发生冷却工艺的气氛的选择对于均匀表面层的形成具有决定性的重要意义。因此,其依照本发明被提供来由第四气体混合物代替第三气体混合物。轻度还原的气体混合物的选择尤其被认为是有利的。依照本发明的一个优选的实施例,第四气体混合物由至少含氢气体和含氮气体组成。在这里,尤其优选的是,第四气体混合物由H2和N2组成。为了确保弱的还原可能性,第四气体混合物的组成有利地包含5%-25%的H2和75%-95%的N2,更优选地5%-10%的H2和90%-95%的N2,特别优选地5%的H2和95%的N2。已经证明,深拉件的依照本发明的冷却有效地防止了碳从硬化的表面层逃逸。
本发明进一步涉及一种具有非常小的壁厚的表面硬化的深拉制品。
借助于依照本发明的方法,以工业上可重现的方式且以优异的质量硬化薄壁不锈钢制品,尤其是具有高的长度-直径比和小壁厚的深拉制品第一次变得可能。
依照本发明的深拉制品包括具有包含在350与400HV1之间的硬度的柔软弹性核心以及富于碳的硬表面层。
依照对于本发明必不可少的一个特征,表面层不含缺陷部位和/或颗粒,周围完全闭合,并且包括基本上平坦的表面。
结果,依照本发明的薄壁深拉制品包括具有迄今未获得的质量的机械性质。
因此,依照本发明的深拉制品包括这样的表面区域,该表面区域包括富于碳的层并且具有700-1000HV0.01的硬度以及包含在10与40μm之间的层厚度。
依照对于本发明必不可少的另一个特征,深拉制品的抗腐蚀和磨损性优于开始产品的抗腐蚀和磨损性。特别地,就渗碳通常恶化钢产品的腐蚀性质而言,第一个方面是令人惊奇的。
Claims (13)
1.一种用于对由奥氏体防锈不锈钢制成且具有小壁厚的深拉制品或冲压-弯折制品渗碳的方法,所述小壁厚在至少一些区域中对于这样的制品是平常的,
其中在第一工艺步骤中将制品插入到烤炉中并且加热到第一温度,
其中存在于烤炉中的含氧标准气氛被第一气体混合物代替,
并且其中在第二工艺步骤中将制品加热到第二温度,
其中第一气体混合物被第二气体混合物代替,
并且其中在第三工艺步骤中将制品维持在第二温度,
其中第二气体混合物被第三气体混合物代替,
并且其中在第四工艺步骤中将制品冷却到第三温度,
其中第三气体混合物被第四气体混合物代替。
2.依照权利要求1的方法,特征在于,第一温度包含在100℃与140℃之间。
3.依照权利要求1或2的方法,特征在于,残留氧含量在第一工艺步骤期间借助于传感器进行测量,并且如果达到可自由选择的残留氧气值,则启动第二工艺步骤。
4.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第二温度包含在450℃与550℃之间。
5.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,如果达到第二温度,则自动地启动第三工艺步骤。
6.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第一气体混合物由至少含氢气体和含氮气体组成。
7.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,利用至少一种去钝化盐化合物处理所述制品。
8.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第二气体混合物由至少含氢气体、含氮气体和含碳气体组成。
9.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第三气体混合物由至少含氢气体、含氮气体和至少两种含碳气体组成。
10.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,在可自由选择的处理持续时间过去之后,启动第四工艺步骤。
11.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第三温度包含在50℃与80℃之间。
12.依照前面的权利要求之一的方法,特征在于,第四气体混合物由至少含氢气体和含氮气体组成。
13.一种由奥氏体防锈不锈钢制成的表面硬化的深拉制品,包括
至少在一些区域中对于深拉制品而言平常的小壁厚,
核心,
以及富于碳的表面层,
其中该表面层比核心更硬,
其中该表面层不含缺陷部位和/或颗粒,在周围闭合并且包括基本上平坦的表面,
其中该表面层包括700-1000HV0.01的硬度以及包含在10与40μm之间的层厚度,
并且其中该表面层的抗腐蚀和磨损性超过开始材料的抗腐蚀和磨损性。
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