CN106367711A - 一种新型氮化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型氮化工艺，包括以下步骤：将清洗过的零件放入氮化炉中，在350‑400℃下预氧化1‑2h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至520‑650℃，然后持续通入氨气和催渗剂，在520‑650℃下保温氮化12‑18h，再冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.4‑2.0m3/h，通入的催渗剂流量为2‑4ml/min；保温氮化时，氮化炉的压力为0.4‑1.0kPa，氨气分解率为20‑70％。本发明氮化工艺简单，得到的零件有效硬化层深度更深，渗层显微组织更好；氮化处理后的产品变形量微小，尺寸精度、机械强度指标满足产品设计要求，实现了表面硬度、有效硬化层深、变形与工艺周期的完美结合。

Description

一种新型氮化工艺
技术领域
本发明属于薄壁类零件氮化处理技术领域，具体涉及一种新型氮化工艺。
背景技术
氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性。
目前行业内氮化工艺主要采用丼式炉加工，即使采用常用的催渗剂氯化铵、四氯化碳、四氯化钛及稀土化合物，为达到层深0.3mm需热处理25h左右，层深0.4mm需40h左右，0.4mm已接近目前多数企业的加工极限；也有国外部分企业采用先进设备进行真空气体软氮化和离子氮化技术，层深能进一步提高至0.5mm，但有效硬化层深度很难提高；真空气体软氮化和离子氮化这两种工艺方法需要先进设备作为支撑，资金投入大。因此离子氮化在国内的应用受到局限，工艺稳定性较差，零件质量很难稳定受控。
现在行业内氮化处理后零件表面硬度很难突破800HV，有效硬化层深度(以500HV为下限)低于0.2mm，零件氮化后强度和寿命不高；国内外深层氮化工艺为了提升渗氮速度，满足层深要求，普遍采用560～580℃进行加工，温度高零件变形量较大，基体硬度会降低，零件热处理后变形大、强度难以保证重载车辆的使用要求；因此急需开发一种零件氮化处理后变形量微小，尺寸精度、机械强度指标满足产品设计要求的新型氮化工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零件氮化处理后变形量微小，尺寸精度、机械强度指标满足产品设计要求的新型氮化工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型氮化工艺，包括以下步骤：将清洗过的零件放入氮化炉中，在350-400℃下预氧化1-2h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至520-650℃，然后持续通入氨气和催渗剂，在520-650℃下保温氮化12-18h，再冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.4-2.0m3/h，通入的催渗剂流量为2-4ml/min；保温氮化时，氮化炉的压力为0.4-1.0kPa，氨气分解率为20-70％。
优选的，所述保温氮化时，氮化炉中氨气的压力为0.05-0.15MPa；所述升温时间为10-30min；所述清理过的零件为采用快干清洗剂清洗过的零件；所述冷却为空气冷却。
为了达到更好的效果，通入的氨气流量为1.6-1.8m3/h；保温氮化时，氮化炉的压力为氨气分解率为40-50％。
所述催渗剂是醇类与铵类等有机物的混合物，具体由一下重量份的组分组成：甲醇5～10份、乙醇15～20份、氯化铵13～26份、稀土元素8～12份、异丁酸铵0～30份、四氯乙烯6～9份。
经过检验，利用以上本发明氮化工艺制备的产品的氮化有效硬化层深度＞0.30mm，表面硬度为820-850HV；氮化处理后的产品变形量微小，尺寸精度、机械强度指标满足产品设计要求。本发明氮化工艺可以使用在有效硬化层深度要求为0.3-0.6mm、变形难以控制的齿圈、齿套、同步器等零件的氮化层制备中。
本发明所用催渗剂添加醇类渗碳气氛，降低了氮化层的脆性，但不降低氮化层硬度，在相同层深情况下，采用催渗剂氮化比传统氮化工艺500HV以上的有效硬化层深度高20％～50％。
本发明氮化工艺简单，采用了预氧化和催渗剂结合的工艺方法，与普通氮化工艺相比，在相同工艺时间内大大提高了零件表面硬度，有效硬化层深度更深，渗层显微组织更好；大大缩短了工艺周期，氮化处理后的产品变形量微小，尺寸精度、机械强度指标满足产品设计要求，有效的解决了现有氮化工艺有效氮化层深浅、工艺周期长、表面硬度低、变形大等问题，实现了表面硬度、有效硬化层深、变形与工艺周期的完美结合。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
对齿圈输出轴进行氮化的工艺，包括以下步骤：将采用快干清洗剂清洗过的零件放入氮化炉中，在350℃下预氧化1h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至540℃，升温时间为15min，然后持续通入氨气和催渗剂，在540℃下保温氮化16h，再空气冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.6-1.8m3/h，通入的催渗剂流量为3ml/min，氮化炉中氨气的压力为0.1MPa；保温氮化时，氮化炉的压力为0.5-0.6kPa，氨气分解率为40-50％。其中所述催渗剂由下列重量份的组分组成：甲醇7份、乙醇18份、氯化铵20份、稀土元素10份、异丁酸铵15份、四氯乙烯8份
齿圈输出轴的氮化产品要求为：氮化有效硬化层深度0.30～0.50mm，表面硬度≥600HV，内齿M值公差仅为0.13mm。
经检测，实施例1中所得氮化后的齿圈输出轴的氮化有效硬化层深度0.35mm，表面硬度830HV，内齿M值均匀差仅为0.05mm。由此可知利用本发明工艺生产得到的齿圈输出轴能够满足产品要求。
实施例2
对齿圈输出轴进行氮化的工艺，包括以下步骤：将采用快干清洗剂清洗过的零件放入氮化炉中，在400℃下预氧化2h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至650℃，升温时间为30min，然后持续通入氨气和催渗剂，在650℃下保温氮化12h，再空气冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.4-1.6m3/h，通入的催渗剂流量为4ml/min，氮化炉中氨气的压力为0.05MPa；保温氮化时，氮化炉的压力为0.4-0.5kPa，氨气分解率为60-70％。其中所述催渗剂由下列重量份的组分组成：甲醇5份、乙醇15份、氯化铵13份、稀土元素8份、四氯乙烯6份。
齿圈输出轴的氮化产品要求为：氮化有效硬化层深度0.30～0.50mm，表面硬度≥600HV，内齿M值公差仅为0.13mm。
经检测，实施例2中所得氮化后的齿圈输出轴的氮化有效硬化层深度0.40mm，表面硬度845HV，内齿M值均匀差仅为0.03mm。由此可知利用本发明工艺生产得到的齿圈输出轴能够满足产品要求。
实施例3
对齿圈输出轴进行氮化的工艺，包括以下步骤：将采用快干清洗剂清洗过的零件放入氮化炉中，在370℃下预氧化1.5h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至520℃，升温时间为30min，然后持续通入氨气和催渗剂，在520℃下保温氮化18h，再空气冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.8-2.0m3/h，通入的催渗剂流量为2ml/min，氮化炉中氨气的压力为0.15MPa；保温氮化时，氮化炉的压力为0.9-1kPa，氨气分解率为20-30％。其中所述催渗剂由下列重量份的组分组成：甲醇10份、乙醇20份、氯化铵26份、稀土元素12份、异丁酸铵30份、四氯乙烯9份。
齿圈输出轴的氮化产品要求为：氮化有效硬化层深度0.30～0.50mm，表面硬度≥600HV，内齿M值公差仅为0.13mm。
经检测，实施例3中所得氮化后的齿圈输出轴的氮化有效硬化层深度0.50mm，表面硬度825HV，内齿M值均匀差仅为0.06mm。由此可知利用本发明工艺生产得到的齿圈输出轴能够满足产品要求。
实施例4
对齿圈输出轴进行氮化的工艺，包括以下步骤：将采用快干清洗剂清洗过的零件放入氮化炉中，在388℃下预氧化0.9h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至600℃，升温时间为20min，然后持续通入氨气和催渗剂，在600℃下保温氮化15h，再空气冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.7-1.9m3/h，通入的催渗剂流量为2.5ml/min，氮化炉中氨气的压力为0.12MPa；保温氮化时，氮化炉的压力为0.6-0.7kPa，氨气分解率为30-40％。其中所述催渗剂由下列重量份的组分组成：甲醇6份、乙醇17份、氯化铵22份、稀土元素9份、异丁酸铵20份、四氯乙烯7份。
齿圈输出轴的氮化产品要求为：氮化有效硬化层深度0.30～0.50mm，表面硬度≥600HV，内齿M值公差仅为0.13mm。
经检测，实施例4中所得氮化后的齿圈输出轴的氮化有效硬化层深度0.45mm，表面硬度836HV，内齿M值均匀差仅为0.07mm。由此可知利用本发明工艺生产得到的齿圈输出轴能够满足产品要求。
为了进一步的验证本发明工艺得到的产品的稳定性，利用实施例1中工艺得到的氮化后的齿圈输出轴安装在车辆上进行跑车实验，完成5万公里的跑车试验后，经检测，实施例1中工艺制得的氮化后的齿圈输出轴完好无损，再次证明了本发明工艺生产得到的产品能够满足标准要求。
由以上实施例的检测结果和实验结果可知，本发明新型氮化工艺，提高了零件表面硬度、有效硬化层深、缩短了工艺周期，为薄壁类零件氮化上提供了一种十分有效的工艺，并且处于国内领先水平。

Claims (7)

1.一种新型氮化工艺，其特征在于，包括以下步骤：将清洗过的零件放入氮化炉中，在350-400℃下预氧化1-2h，接着通入氨气和催渗剂，并排气、升温至520-650℃，然后持续通入氨气和催渗剂，在520-650℃下保温氮化12-18h，再冷却至室温即可；其中通入的氨气流量为1.4-2.0m3/h，通入的催渗剂流量为2-4ml/min；保温氮化时，氮化炉的压力为0.4-1.0kPa，氨气分解率为20-70％。
2.如权利要求1所述的一种新型氮化工艺，其特征在于，所述保温氮化时，氮化炉中氨气的压力为0.05-0.15MPa。
3.如权利要求2所述的一种新型氮化工艺，其特征在于，所述升温时间为10-30min。
4.如权利要求3所述的一种新型氮化工艺，其特征在于，所述清理过的零件为采用快干清洗剂清洗过的零件；所述冷却为空气冷却。
5.如权利要求4所述的一种新型氮化工艺，其特征在于，通入的氨气流量为1.6-1.8m3/h；保温氮化时，氮化炉的压力为氨气分解率为40-50％。
6.如权利要求5所述的一种新型氮化工艺，其特征在于，所述催渗剂由下列重量份的组分组成：甲醇5～10份、乙醇15～20份、氯化铵13～26份、稀土元素8～12份、异丁酸铵0～30份、四氯乙烯6～9份。
7.利用权利要求1-6任一所述的新型氮化工艺制备的产品，其特征在于，所述氮化的有效硬化层深度＞0.30mm，表面硬度为820-850HV。
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