CN104540970A - 热处理钢构件的方法及钢构件 - Google Patents

热处理钢构件的方法及钢构件 Download PDF

Info

Publication number
CN104540970A
CN104540970A CN201380042712.3A CN201380042712A CN104540970A CN 104540970 A CN104540970 A CN 104540970A CN 201380042712 A CN201380042712 A CN 201380042712A CN 104540970 A CN104540970 A CN 104540970A
Authority
CN
China
Prior art keywords
beam column
steel beam
steel
aforementioned
carbonitriding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380042712.3A
Other languages
English (en)
Inventor
S.拉森
W.戴特查里
I.弗洛德斯特罗姆
P.纽曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of CN104540970A publication Critical patent/CN104540970A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/36—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for balls; for rollers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/34—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/52—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being applied in one step
    • C23C8/54—Carbo-nitriding
    • C23C8/56—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F17/00—Multi-step processes for surface treatment of metallic material involving at least one process provided for in class C23 and at least one process covered by subclass C21D or C22F or class C25

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

一种热处理钢构件(34，36，38，40)的方法，其包括以下步骤：a)对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗；以及b)对所述钢构件(34，36，38，40)进行奥氏体氮碳共渗。

Description

热处理钢构件的方法及钢构件
技术领域
本发明涉及一种用于热处理钢构件(steel component)的方法和已经经历该方法的钢构件。
背景技术
碳氮共渗(carbonitriding)是一种冶金学表面修饰技术，其用于增加金属构件的表面硬度，从而减少使用过程中对构件的磨损。在碳氮共渗过程中，碳和氮原子间隙式地扩散进入(diffuse interstitially into)金属中，从而形成滑移障碍并且增加表面附近(通常在0.1～0.3mm厚的层)的硬度。碳氮共渗通常在850～860℃的温度下进行。
通常碳氮共渗用于改进具有中碳钢或低碳钢而非高碳钢的钢构件的耐磨性(wear resistance)。尽管包括高碳钢的钢构件强度更好，但是已经证实它们在某些应用中更容易裂化。构件例如可以应用于常见的肮脏环境，在肮脏环境中润滑油容易被污染，例如在齿轮箱中，并且构件的使用寿命在这种条件下会显著缩短是众所周知的。换句话说，润滑剂中的颗粒能够例如在齿轮箱的各种移动部件之间进入，并在它们的接触表面上形成凹口(indentation)。应力在这些凹口的边缘周围富集并且这些接触应力富集最终可能导致疲劳裂纹。使用这种方式损伤的构件还可能造成由所述构件产生的噪音增加。
奥氏体氮碳共渗(austenitic nitrocarburizing)是一种表面硬化工艺，其中向铁金属(ferrous metal)的表面提供氮和碳。奥氏体氮碳共渗制造由陶瓷型铁-碳氮化物层(化合物层)和底部扩散区域组成的薄硬表面，其中氮和碳溶解于基体中。最通常的是，对低碳的、低合金的钢使用奥氏体氮碳共渗。
发明内容
本发明的目的是提供用于热处理钢的改进方法。
这一目的通过包括以下步骤的方法得以实现：a)对钢构件进行碳氮共渗，和b)对钢构件进行奥氏体氮碳共渗，其中优选这些步骤顺序进行。
使用所述方法改变了钢构件表面的显微结构，改进了其耐磨性、耐蚀性、承重能力、表面硬度、型芯硬度(core hardness)、化合物层厚度、耐磨耗性(abrasive wear resistance)、耐粘附磨损性(adhesive wear resistance)、耐疲劳性，并增强了其释放在表面上任何凹口的边缘处应力集中的能力。
经历所述方法的钢构件的表面可具有800～1000HV或更高的表面硬度和300～500HV的型芯硬度，取决于所使用的钢的类型。相比于现有技术，经历所述方法的高碳钢构件的表面和型芯的硬度均大于包含具有低碳含量的钢的已知构件的强度。结果改进了滚动接触的耐磨性和疲劳强度。此外，会增加钢构件例如轴承的荷重能力，由此轴承可以是为具体应用的更小构造(construction)。还增加了滚动接触的耐疲劳性，使得可以延长钢构件的使用寿命。此外，没有发现现有技术中所记载的经裂化导致的缺点。
作为所述方法的结果，所述钢构件可以提供有厚度为15～40μm的化合物层，该厚度是从钢构件的表面测得的。根据本发明的实施方式，所述钢构件还可以提供有在所述化合物层下面的厚度为5～15μm的中间层。已经扩散进入钢构件表面的氮降低了奥氏体化温度，并且在化合物层和扩散区域之间形成了中间层。
通过例如在200～400℃下对中间层回火2～4小时，能够将中间层转化为具有厚度在1000HV以上的层，这进一步增大了钢构件的承重能力。回火时，中间层转化为硬的富氮材料，从而导致硬度增加以支撑化合物层。
根据本发明的一种实施方式，在590～700℃的温度下实施步骤b)。该工艺温度导致钢构件微小的形状畸变，这意味着后研磨(post-grinding)是没有必要的。因此，该方法是成本有效的提高钢构件耐磨性和耐蚀性的方式。
根据本发明的一种实施方式，可以使用气体、盐浴、离子或等离子体、或流化床奥氏体氮碳共渗实施步骤b)。
根据本发明的一种实施方式，钢构件包括0.60～1.20重量％碳含量的钢，即具有中高碳含量的钢。根据本发明的一种实施方式，钢构件包括高碳轴承钢，例如SAE 52100/100Cr6或ASTM-A485等级2。
根据本发明进一步的实施方式，钢构件包括100CrMo7-4钢或任何其它的按照ISO 683-17:1999的钢。
根据本发明的一种实施方式，钢构件包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件。
根据本发明的一种实施方式，在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中实施步骤b)。
根据本发明的另一种实施方式，步骤a)包括对钢构件进行碳氮共渗5～25小时。
根据本发明的另一种实施方式，所述方法包括在步骤b)后对钢构件进行滚磨(tumbling)的步骤，但是该步骤不是必须在步骤b)之后直接进行。在奥氏体氮碳共渗后对钢构件进行滚磨提供了更好的表面光洁度，并能够用于进一步改进钢构件的耐疲劳性。
根据本发明的一种实施方式，所述方法包括以下步骤：c)淬火钢构件和d)回火钢构件。可以在200～400℃的温度下实施步骤d)。
根据本发明的一种实施方式，所述方法包括在步骤b)后的闪速氧化(flash oxidize)钢构件的步骤。
本发明还涉及由钢制成的构件，其表面硬度具有800～1000HV或更高的表面硬度和300～500HV的型芯硬度。可以使用根据本发明的实施方式中的任一种的方法制造所述钢构件。
根据本发明的一种实施方式，所述钢包含具有厚度为15–40μm的化合物层。根据本发明的另一种实施方式，所述钢包括在所述化合物层以下的具有厚度为5～15μm的中间层。
根据本发明的一种实施方式，所述钢具有0.60～1.20重量％的碳含量。
根据本发明进一步的实施方式，所述钢包括100CrMo7-4钢。
根据本发明的一种实施方式，钢构件包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力、例如滚动接触或联合滚动和滑动(combined rollingand sliding)的钢构件，例如旋转轴承或轴承座圈(raceway for a bearing)。钢构件可以包括或构成齿轮牙、凸轮(cam)、转轴、轴承、紧固件、销(pin)、汽车离合板、刀具(tool)或模具。钢构件可以例如构成滚柱轴承(roller bearing)、滚针轴承(needle bearing)、圆锥滚柱轴承(tapered roller bearing)、球面滚柱轴承(spherical roller bearing)、环形滚柱轴承(toroidal roller bearing)或止推轴承(thrust bearing)。钢构件可以用在汽车绕组(automotive wind)、船舶(marine)、金属制造或其它需要高耐磨性和/或高耐蚀性和/或提高的耐疲劳性和/或抗拉强度的机械应用。
附图说明
下文将结合附图借助非限定性的实施例进一步解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明实施方式的方法，
图2示出了已经经历不同热处理的五种钢材料的Micro Vickers硬度分布曲线，
图3示出了对六种不同的经历不同热处理的材料的腐蚀侵蚀，
图4示出了已经经过碳氮共渗和奥氏体氮碳共渗的100CrMo7-4钢的显微照片，以及
图5示出了根据本发明实施方式的钢构件。
应该指出，没有按照比例绘制这些附图，为了清楚起见，放大了某些特征的尺寸。
具体实施方式
图1示出了根据本发明热处理循环。使钢构件例如在970℃的温度下经历碳氮共渗工艺(步骤a)例如5-25小时。例如在控制载气的存在下通过向熔炉中引入甲烷/丙烷/天然气(碳源)和氨气(氮源)提供所述工艺的环境。通过保持工作气体的合适比例，构件具有富碳和富氮钢的薄的碳氮共渗层。根据本发明的一种实施方式，所述方法包括在碳氮共渗步骤a)开始时供应较高浓度的氨气以增强碳氮共渗工艺。例如，可以开始时使用9.5％的氨气；可以将其降低至6.5％的氨气，然后降低至0％。可以在约70％的碳氮共渗步骤a)中使用9.5％的氨气。通过碳氮共渗步骤a)增加钢构件的承重能力。承重能力取决于碳氮共渗所到达的表面深度和用于奥氏体氮碳共渗的温度。
然后，例如在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中通过将构件再加热至590～700℃的温度对钢构件进行奥氏体氮碳共渗步骤(步骤b))。奥氏体氮碳共渗步骤b)为钢构件提供经韧化回火的芯和硬的类陶瓷表面、中间层及扩散区域。
然后，在油浴或盐浴中对钢构件进行淬火(步骤c))，其中选择浴温以实现最佳性质的同时，具有可接受的尺寸变化水平。能够使用热油/盐浴淬火以使复杂零件(intricate part)的变形最小化。然后，可以实施低温回火(步骤d))以使钢构件增韧，例如在200～400℃的温度下。回火后，将构件冷却至室温，并然后可以将其应用于可能经历在常规操作循环下的应力、应变、冲击和/或磨损的任何应用中，例如在受污染的和/或润滑差的条件下。
根据本发明的一种实施方式，所述方法可以包括在步骤b)后使钢构件经历滚磨的步骤。
所述方法可以改进以下钢构件性质中的至少一种：耐磨性、耐蚀性、承重能力、表面硬度、型芯硬度、化合物层厚度、耐磨耗性、耐疲劳性。
经历根据本发明的实施方式的方法的钢构件可以随或不随后续的研磨操作一起使用。
钢构件可以包括具有0.60～1.20重量％的碳含量的钢或100CrMo7-4钢。
所述方法可以用于热处理钢构件，该钢构件包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件，特别是在对耐磨性和/或耐蚀性具有高要求的应用中。
图2示出了在经历不同热处理的五种钢材料10、12、14、16、18的表面以下0.1～1mm深度的Micro Vickers硬度分布曲线图。
·材料10是已经经历硬化和奥氏体氮碳共渗的100Cr6钢。
·材料12是根据本发明的一种实施方式已经碳氮共渗8小时、再硬化和奥氏体氮碳共渗的100Cr6钢。
·材料14是已经碳氮共渗8小时、再硬化和铁素体氮碳共渗的100Cr6钢。
·材料16是已经碳氮共渗8小时和再硬化的100Cr6钢。
·材料18是已经经历再硬化的100Cr6钢。
在密封的淬火炉中，在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中、在620℃下对材料12的样品进行奥氏体氮碳共渗2.5小时。然后，将它们在60℃的油中淬火并在180℃下回火。
在密封的淬火炉中，在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中、在580℃下对材料14的样品进行铁素体氮碳共渗2.5小时。然后，将它们在60℃的油中淬火并在180℃下回火。
换言之，除奥氏体氮碳共渗中的氮碳共渗温度高于铁素体氮碳共渗中的氮碳共渗温度外，在相同的条件下进行奥氏体氮碳共渗和铁素体氮碳共渗。当将工艺温度从铁素体氮碳共渗提高至奥氏体氮碳共渗时看到的主要区别是在奥氏体氮碳共渗样品中，增加了化合物层厚度，并且在化合物层和基体之间出现了中间层。选择足够高的奥氏体氮碳共渗温度使得在化合物层以下形成中间层，但是要尽可能的低使得畸变最小化。在刚要淬火前，使这些样品暴露于所述气氛数秒。这种所谓的闪速氧化(flash oxidation)在样品的表面产生薄的氧化物层。
奥氏体氮碳共渗导致了比铁素体氮碳共渗所实现的化合物层更厚、氮碳共渗深度更大，并提供了比铁素体氮碳共渗更好的承重能力，因为它导致了更厚的化合物层和更深的氮碳共渗深度。
在氮碳共渗之前的碳氮共渗，相对于在软条件下(即，在氮碳共渗之前不进行碳氮共渗)氮碳共渗的材料而言，同时增加扩散区域和型芯硬度，即，基体材料的硬度。然而，相对于只经过碳氮共渗的材料，所述扩散区域和型芯的硬度较低。
图3示出了在中性盐雾中在104后对铁素体和奥氏体氮碳共渗材料20、22、24、26、28和30进行的腐蚀侵蚀。
·材料20是已经硬化的100Cr6钢；
·材料22是已经碳氮共渗22小时的100Cr6钢；
·材料24是已经碳氮共渗8小时并再硬化的100Cr6钢；
·材料26是已经碳氮共渗22小时并再硬化的100Cr6钢；
·材料28是50CrMo4钢；
·材料30是已经碳氮共渗8小时并再硬化的C56E2钢。
全部材料20、22、24、26、28和30样品在已经经历上文所述的热处理(参见图3中的“对照”值)后并且然后在铁素体氮碳共渗或奥氏体氮碳共渗后进行腐蚀测试。从图3可以看出，经历根据本发明实施方式的热处理的样品20、22、28和30表现出非常好的耐蚀性。在中性盐雾中104小时后，这些样品的表面中只有5～15％被腐蚀。然而，样品24和26的腐蚀侵蚀比对照材料的腐蚀侵蚀更严重。在奥氏体氮碳共渗后，样品24、26的耐蚀性下降似乎归因于碳氮共渗工艺的再硬化步骤。在奥氏体氮碳共渗后，经过碳氮共渗但没有被再硬化的样品22表现出改进的耐蚀性。
图4是示出了根据本发明方法已经经过碳氮共渗和奥氏体氮碳共渗的100CrMo7-4钢的显微照片。在氮碳共渗后不对钢样品进行回火。
根据本发明的方法制造了由陶瓷铁-碳氮化物层(化合物层13、中间层32)和下面的扩散区域31组成的薄的硬表面，其中氮和碳溶解于基体中。
经历根据本发明的方法的钢构件，作为所述方法的结果，具有厚度为15～40μm、表面硬度为800～1000HV或更高和型芯硬度为300～500HV的化合物层，800～1000HV的表面硬度意味着对磨损的高抗性。因为使型芯韧化回火(tough tempered)，其裂纹传播速率小。此外，认为化合物层33大部分包含ε相，这表明有良好的耐粘附磨损性和改进的耐蚀性。
图5示出了根据本发明实施方式的钢构件的实例，即滚压元件轴承34，其直径尺寸可以涉及从10mm至数米并具有从几十克制数千吨的承重能力。换言之，根据本发明的轴承34可以是任何尺寸和具有任何承重能力。该轴承34具有内环36和外环38以及一组滚动元件40。可以使该滚动元件轴承34的内环36、外环38和/或滚动元件40，以及优选的滚动元件轴承40的全部的滚动接触部分表面的至少一部分，经历根据本发明的方法。
权利要求范围内的本发明的进一步修改对于技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种热处理钢构件(34，36，38，40)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗；以及
b)对所述钢构件(34，36，38，40)进行奥氏体氮碳共渗。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在590～700℃的温度下实施步骤b)。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包含具有0.60～1.20重量％碳含量的钢。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包括100CrMo7-4钢。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，作为所述方法的结果，所述钢构件(34，36，38，40)提供有厚度为15～40μm的化合物层(33)。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，作为所述方法的结果，所述钢构件(34，36，38，40)提供有在所述化合物层(33)下面的厚度为5～15μm的中间层(32)。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，作为所述方法的结果，所述钢构件(34，36，38，40)提供有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中实施步骤b)。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，步骤a)包括对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗5～25小时。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法包括在步骤b)后对所述钢构件(34，36，38，40)进行滚磨的步骤。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法包括c)淬火所述钢构件(34，36，38，40)和d)回火所述钢构件(34，36，38，40)的步骤。
13.根据权利要求10的方法，其特征在于，在150～260℃的温度下实施步骤d)。
根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法包括在步骤b)后的闪速氧化所述钢构件(34，36，38，40)的步骤。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法是用于改进钢构件(34，36，38，40)的至少一种以下性质的方法：耐磨性、耐蚀性、承重能力、表面硬度、型芯硬度、化合物层厚度、磨损性、耐疲劳性。
15.由钢制成的构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢具有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度。
16.根据权利要求15的钢构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢具有厚度为15～40μm的化合物层。
17.根据权利要求16的钢构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢包括在所述化合物层(33)下面的厚度为5～15μm的中间层(32)。
18.根据权利要求15或16的钢构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢具有0.60～1.20重量％的碳含量。
19.根据权利要求15～18中任一项的钢构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢包括100CrMo7-4钢。
20.根据权利要求15～19中任一项的钢构件(34，36，38，40)，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包括或构成滚压元件或滚柱，或用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件(34，36，38，40)。
CN201380042712.3A 2012-08-21 2013-08-19 热处理钢构件的方法及钢构件 Pending CN104540970A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1200503-9 2012-08-21
SE1200503 2012-08-21
PCT/SE2013/000126 WO2014031052A1 (en) 2012-08-21 2013-08-19 Method for heat treating a steel component and a steel component

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104540970A true CN104540970A (zh) 2015-04-22

Family

ID=50150227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380042712.3A Pending CN104540970A (zh) 2012-08-21 2013-08-19 热处理钢构件的方法及钢构件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10053764B2 (zh)
EP (1) EP2888377B1 (zh)
JP (1) JP2015533930A (zh)
CN (1) CN104540970A (zh)
WO (1) WO2014031052A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105063549A (zh) * 2015-07-17 2015-11-18 东莞市海瀚防静电器材有限公司 渗氮防腐蚀复合金属精益管制备方法及制备装置
CN109182957A (zh) * 2018-10-08 2019-01-11 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种多合金耐磨铸钢件的热处理工艺
CN113853483A (zh) * 2019-05-22 2021-12-28 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023281022A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 Danmarks Tekniske Universitet Process for obtaining a fine-grained martensitic structure component

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4327440A1 (de) * 1993-08-14 1995-02-16 Schaeffler Waelzlager Kg Verfahren zur thermochemisch-thermischen Behandlung von Einsatzstählen, Vergütungsstählen und Wälzlagerstählen
US5456766A (en) * 1993-05-26 1995-10-10 Skf Industrial Trading & Development Company, B.V. Process for carbonitriding steel
WO2000036164A1 (en) * 1998-12-11 2000-06-22 Skf Engineering And Research Centre B.V. Wear resistant dimensionally stable bearing component for high temperature applications
US20050061402A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Mahindra & Mahindra Ltd Method for producing gears and/or shaft components with superior bending fatigue strength and pitting fatigue life from conventional alloy steels
CN101187027A (zh) * 2006-11-16 2008-05-28 刘文彬 一种新型复合热处理方法
CN101994120A (zh) * 2009-08-13 2011-03-30 杨辰薇 一种滚动轴承的热处理工艺方法
CN102021588A (zh) * 2010-12-04 2011-04-20 江苏飞船股份有限公司 20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺
CN102041512A (zh) * 2009-10-26 2011-05-04 卢志亮 奥氏体渗氮的工艺方法
WO2011122632A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 Ntn株式会社 軸受部品、軸受および軸受部品の検査方法
CN102492918A (zh) * 2011-11-29 2012-06-13 青岛张氏机械有限公司 活塞杆、活塞杆表面处理的碳氮共渗剂及其生产方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1461083A (en) * 1973-12-08 1977-01-13 Bell T Methods of treating metal
GB8310102D0 (en) * 1983-04-14 1983-05-18 Lucas Ind Plc Corrosion resistant steel components
DE4205647C2 (de) 1992-02-25 1996-08-01 Schaeffler Waelzlager Kg Verfahren zur thermochemisch-thermischen Behandlung von Einsatzstählen
CN102154652B (zh) 2011-03-11 2012-11-28 江苏南方轴承股份有限公司 轴承或离合器零部件的中深层渗碳或碳氮共渗热处理工艺

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5456766A (en) * 1993-05-26 1995-10-10 Skf Industrial Trading & Development Company, B.V. Process for carbonitriding steel
DE4327440A1 (de) * 1993-08-14 1995-02-16 Schaeffler Waelzlager Kg Verfahren zur thermochemisch-thermischen Behandlung von Einsatzstählen, Vergütungsstählen und Wälzlagerstählen
WO2000036164A1 (en) * 1998-12-11 2000-06-22 Skf Engineering And Research Centre B.V. Wear resistant dimensionally stable bearing component for high temperature applications
US20050061402A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Mahindra & Mahindra Ltd Method for producing gears and/or shaft components with superior bending fatigue strength and pitting fatigue life from conventional alloy steels
CN101187027A (zh) * 2006-11-16 2008-05-28 刘文彬 一种新型复合热处理方法
CN101994120A (zh) * 2009-08-13 2011-03-30 杨辰薇 一种滚动轴承的热处理工艺方法
CN102041512A (zh) * 2009-10-26 2011-05-04 卢志亮 奥氏体渗氮的工艺方法
WO2011122632A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 Ntn株式会社 軸受部品、軸受および軸受部品の検査方法
CN102021588A (zh) * 2010-12-04 2011-04-20 江苏飞船股份有限公司 20Cr2Ni4A钢渗碳加氮碳共渗复合热处理工艺
CN102492918A (zh) * 2011-11-29 2012-06-13 青岛张氏机械有限公司 活塞杆、活塞杆表面处理的碳氮共渗剂及其生产方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105063549A (zh) * 2015-07-17 2015-11-18 东莞市海瀚防静电器材有限公司 渗氮防腐蚀复合金属精益管制备方法及制备装置
CN109182957A (zh) * 2018-10-08 2019-01-11 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种多合金耐磨铸钢件的热处理工艺
CN113853483A (zh) * 2019-05-22 2021-12-28 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法
CN113853483B (zh) * 2019-05-22 2024-03-22 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2888377A1 (en) 2015-07-01
JP2015533930A (ja) 2015-11-26
US20150240341A1 (en) 2015-08-27
WO2014031052A1 (en) 2014-02-27
US10053764B2 (en) 2018-08-21
EP2888377B1 (en) 2018-03-14
EP2888377A4 (en) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6325867B1 (en) Rolling bearing and heat treatment method therefor
JP4423754B2 (ja) 転動軸の製造方法
US6966954B2 (en) Spall propagation properties of case-hardened M50 and M50NiL bearings
US20100296764A1 (en) Rolling Element or Ring Formed From a Bearing Steel
CN104781427A (zh) 热处理钢构件的方法及钢构件
JPH0364431A (ja) 転がり軸受
CN103237913B (zh) 滚动轴承及其制造方法
CN105039901B (zh) 一种碳氮共渗轴承零件及制备方法和具有该零件的球轴承
EP2405028B1 (en) Method of heat treatment for steel and method of producing a mechanical component
US5571341A (en) Thermochemical treatment of thin-walled structural steel elements
CN104540970A (zh) 热处理钢构件的方法及钢构件
US20170081738A1 (en) Method & metal component
JPH09257041A (ja) 表面起点型損傷に強い転がり軸受
US20050039825A1 (en) Steel parts and method for heat-treating steel parts
JP2961768B2 (ja) 転がり軸受
JPH06173967A (ja) 等速ジョイント用アウターレース
CN104685073A (zh) 用于热处理钢构件的方法及钢构件
US10287648B2 (en) Track bushing
Gregory Thermal and chemico-thermal treatments of ferrous materials to reduce wear
KR100727196B1 (ko) 차량용 씨. 브이. 조인트 케이지 및 그의 제조방법
JP2017043800A (ja) 熱処理方法、及び転がり軸受用部材
US20220389559A1 (en) Method of heat treating a steel component
JP2009235446A (ja) 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法、機械部品および転がり軸受
JP2009235445A (ja) 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法、機械部品および転がり軸受
JP2009235444A (ja) 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法、機械部品および転がり軸受

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150422