CN106591771A - 一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法,包括步骤:将38CrMoAl模具放入离子渗氮炉中,通入氢气进行离子溅射,继续通入氮气;待温度升到氧化温度,关闭氮气和氢气阀门,通入空气;关闭空气阀门,开启氮气和氢气阀门,进行离子渗氮;冷却到室温后将试样取出。本发明的有益效果是:离子氮化前增加氧化处理过程,显著提高了工件表面的氮含量,增大了材料表面氮浓度梯度,加快了氮原子向基体扩散的速度,氮化层中不存在脉状或网状氮化物,显著提高了表面耐磨性和接触疲劳强度。
Description
技术领域
本发明属于金属表面化学热处理技术,涉及一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法。
背景技术
模具具有良好的综合性能,为满足其表面耐磨性能,通常采用渗氮方法,主要有:(1)离子渗氮;(2)盐浴渗氮;(3)气体渗氮等。离子渗氮化学热处理中开发最早、应用范围最广的一项技术,具有渗层均匀,效率高,污染少,处理时间短,工件变形小等优点而被广泛使用,已成为许多产品零件不可或缺的表面强化工艺。
为了提高模具表面的硬度、抗疲劳性及耐摩性,现阶段国内通常使用离子渗氮作为提高模具表面性能的有效热处理方法,但由于离子渗氮工艺不当,氮化层中普遍存在脉状氮化物,严重降低了38CrMoAl氮化层的表面硬度、耐磨性能及耐磨性,降低了其综合性能,影响了38CrMoAl使用过程中的接触疲劳强度。为了克服以上缺陷,实际生产中一般采多次返工处理等方法延长扩散方法,最终导致渗氮层深超差,造成了生产成本的严重浪费等不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:基于上述问题,本发明提供一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是:一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法,包括以下步骤:
(1)将38CrMoAl模具放入离子渗氮炉中,抽真空度至<10Pa,调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉,通入氢气进行离子溅射10min,继续通入氮气,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温;
(2)待温度升到氧化温度350~450℃时,关闭氮气和氢气阀门,通入空气,空气流量为3~5L/min,炉内气氛压力为50~150Pa,保温时间为0.25~1h;
(3)关闭空气阀门,开启氮气和氢气阀门,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮,渗氮气氛压力为300~400Pa,保温时间为10h;
(4)离子氮化后逐渐减少氢气的流量至零,将电压、电流表示数调为零,通入适量氮气冷却,冷却到室温后将试样取出。
进一步地,步骤(2)中空气流量为4L/min,炉内气氛压力为100Pa,保温时间为0.5h。
本发明的有益效果是:(1)本发明弥补了离子渗氮的不足之处,离子氮化前增加氧化处理过程,38CrMoAl材料表面形成一层极薄的氧化膜,该氧化膜松散,缺陷较多,表面自由能很高,对氮化物有很强的吸附性,显著提高了工件表面的氮含量,增大了材料表面氮浓度梯度,加快了氮原子向基体扩散的速度。同无氧化阶段气体渗氮相比,工件经过相同处理温度、时间及相同氮势处理后,新工艺处理后的氮化层中不存在脉状或网状氮化物。显著提高了38CrMoAl表面耐磨性和使用过程中的接触疲劳强度,进一步提高了渗氮层的综合性能;
(2)本发明不用添加任何辅助设备,操作简单,氧化介质为空气,而且氧化温度较低,降低了能源的消耗,具有处理成本低和生产效率高等优点;氧化处理与离子渗氮连续进行,并且在同一离子渗氮炉内,相比现有的氧化技术,该技术操作简单易行。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是对比例中得到的模具的金相组织图;
图2是实施例中得到的模具的金相组织图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
对比例
将38CrMoAl模具放入离子渗氮炉中,抽真空度至<10Pa,调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉,通入氢气进行离子溅射10min,继续通入氮气,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温。
待温度达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮,渗氮气氛压力为350Pa,保温时间10h。
离子渗氮结束后,关闭氮气和氢气阀门。待温度降到室温后取出试样,最后进行金相组织评判。
实验结果:见图1,从图中可看出氮化层中具有严重脉状氮化物。
实施例
将38CrMoAl模具放入离子渗氮炉中,抽真空度至<10Pa,调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉,通入氢气进行离子溅射10min,继续通入氮气,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温。
待温度升到氧化温度400℃时,关闭氮气和氢气阀门,通入空气,空气流量为4L/min,炉内气氛压力为100Pa,保温时间为0.5h。
关闭空气阀门,开启氮气和氢气阀门,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮,渗氮气氛压力为350Pa,保温时间为10h。
离子渗氮结束后,关闭氮气和氢气阀门。待温度降到室温后取出实验试样,最后进行金相组织评判。
实验结果:见图2,从图中可看出氮化层中无脉状氮化物出现,彻底解决了疏松可能带来的一系列质量问题。由此可知,模具材料38CrMoAl离子氮化前增加氧化处理可高效控制脉状氮化物。
由上述实验结果可知,模具材料38CrMoAl离子氮化前,预先对起设定氧化温度400℃,氧化时间为0.5h,氧化后对其在560℃离子渗氮10h。后经离子渗氮处理后,其氮化层中无脉状氮化物,进而避免了氮化层中氮化物超标现象,提高了模具材料38CrMoAl表面硬度、耐磨性及其使用过程中的接触疲劳强度,进一步提高了渗氮层的综合性能。本发明不用添加任何辅助设备,操作简单,氧化介质为空气,而且氧化温度较低,降低了能源的消耗,具有处理成本低和生产效率高等优点;氧化与离子渗氮连续进行,并且在同一离子渗氮炉内,相比现有的氧化技术,该技术操作简单易行。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作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其技术性范围。
Claims (2)
1.一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法,其特征是:包括以下步骤:
(1)将38CrMoAl模具放入离子渗氮炉中,抽真空度至<10Pa,调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉,通入氢气进行离子溅射10min,继续通入氮气,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温;
(2)待温度升到氧化温度350~450℃时,关闭氮气和氢气阀门,通入空气,空气流量为3~5L/min,炉内气氛压力为50~150Pa,保温时间为0.25~1h;
(3)关闭空气阀门,开启氮气和氢气阀门,调节氮气和氢气的流量比为1:3,继续升温达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮,渗氮气氛压力为300~400Pa,保温时间为10h;
(4)离子氮化后逐渐减少氢气的流量至零,将电压、电流表示数调为零,通入适量氮气冷却,冷却到室温后将试样取出。
2.根据权利要求1所述的一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法,其特征是:所述的步骤(2)中空气流量为4L/min,炉内气氛压力为100Pa,保温时间为0.5h。
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