CN109457213A - 一种多段渗碳热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及零件表面处理技术领域，公开了一种多段渗碳热处理工艺，包括如下工艺步骤：预处理、强渗、第一次扩散、第二次扩散、均温、淬火。预处理，将所有的零件温度进行预热，再经过提高碳势，进行强渗，让表面碳原子渗透速度加快，进而表面此时处于过度渗透状态，在经过第一次扩散，降低碳势，让其缓慢渗透，而过度渗透的碳原子能够向内部进一步扩散渗透，渗透的深度增加，再通过再次降低碳势，此时，碳原子不在渗入，让其进行快速渗透，提高渗透的效率，在进行淬火前，将温度进行降低，并且稍微提高碳势，让碳原子继续渗透和扩散，维持表面碳原子的浓度，为淬火做准备，再最后经过淬火，让表面结构形成高碳针状马氏体结构，让其表面的强度以及韧性都比较优良，并且让表面的耐磨性大幅度提升。

Description

一种多段渗碳热处理工艺

技术领域

本发明涉及零件表面处理技术领域，更具体地说，它涉及一种多段渗碳热处理工艺。

背景技术

热处理，是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。一般用于对钢材零件的处理。目前很多齿轮零件均采用20MnGr5这种钢材进行制作，这种钢材硬度低，具有良好的任性，但齿轮为多磨损零件，其表面容易产生磨损，因此，需要对其进行表面处理后，提高其耐磨损的能力。

目前，对于钢材的表面耐磨能力和强度的提高，一般采用渗碳工艺进行，其通过高温，让碳原子渗入到表面，形成达到要求的表面结构，但是，目前渗碳均是在高温下，经过长时间的渗透，让碳原子进入到表面完成，这种渗碳的工艺所花费的时间长，并且保持一定的碳势持续性的渗透，会改变表面的结构，让材料原有的功能丧失，因此，需要对其热处理工艺进行改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多段渗碳热处理工艺，其通过多段的扩散处理和均温以及淬火处理，让其表面金相结构不会出现较大改变并提高其表面硬度，从而达到其耐磨的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种多段渗碳热处理工艺，包括如下工艺步骤：

S1、预处理，将温度提高到渗碳温度，并且持续向内部填充渗碳剂；

S2、强渗，保持渗碳温度，并且向内部加强渗碳剂的通入，提高碳势进行强渗；

S3、第一次扩散，在强渗后降低碳势到一定程度后并保持渗碳温度处理；

S4、第二次扩散，在第一层扩散后，再一次降低碳势并保持渗碳温度处理；

S5、均温，将温度降低，并且进行保持；

S6、淬火，将均温后的零件进行淬火处理。。

通过上述技术方案，预处理，将所有的零件温度进行预热，此时，碳原子在预热的过程中，有一部分缓慢的进入到零件表层，其根据温度的缓慢升高而进行渗透，渗透的让所有零件都比较均匀，再经过提高碳势，进行强渗，让表面碳原子渗透速度加快，进而表面此时处于过度渗透状态，再经过第一次扩散，降低碳势，让其缓慢渗透，而过度渗透的碳原子能够向内部进一步扩散渗透，让其渗透的深度增加，再通过再次降低碳势，此时，碳原子不在渗入，让其进行快速渗透，提高渗透的效率，在进行淬火前，将温度进行降低，并且稍微提高碳势，让碳原子继续渗透和扩散，维持表面碳原子的浓度，为淬火做准备，再最后经过淬火，让表面结构形成高碳针状马氏体结构，让其表面的强度以及韧性都比较优良，并且让表面的耐磨性大幅度提升。

本发明进一步设置为：所述预处理采用的碳势为0.7-0.9，且预处理时间为10-20min，所述强渗碳势大于等于1.25，且强渗处理时间为400-450min。

本发明进一步设置为：所述预处理采用的碳势为0.85，且预处理时间为15min。

通过采用上述技术方案，在预处理过程中，采用较低的碳势，一方面对零件进行预热处理，另外一方面为了能够让表面部分碳原子能够预先进入到零件表面，进行预渗透。

本发明进一步设置为：所述强渗碳势大于等于1.3，且强渗处理时间为420min。

通过采用上述技术方案，高碳势，让碳原子在高温活跃后容易进入到零件表面，进而让其渗透的速度提高。

本发明进一步设置为：所述第一次扩散碳势为1.0，所述第二次扩散碳势为0.65，所述第一次扩散时间与第二次扩散时间均为1h。

本发明进一步设置为：所述均温采用的碳势为7.0，并且处理30min。

本发明进一步设置为：所述均温过程包括降温过程和恒温过程，所述恒温过程采用880摄氏度进行，且所述恒温过程处理30min。

通过上述技术方案，碳势高于第二次扩散碳势，让其能够维持零件表面的碳浓度，不会让碳原子溢出，并且将温度降低至880摄氏度，让其保持表面的活性，但是不会继续进行渗透，为淬火做准备。

本发明进一步设置为：所述强渗与预处理过程中通入的渗透剂为丙烷以及甲醇混合形成，其中丙烷通入速度为0.3-0.6立方米/小时；甲醇的通入速度为1.5-3升/小时。

通过上述技术方案，丙烷和甲醇能够提供较为活跃的碳原子，让渗透过程中比较方便。

本发明进一步设置为：所述第一次扩散、第二次扩散以及均温过程中通入的渗透剂为丙烷、甲醇以及空气混合形成，其中丙烷通入速度为0.3-0.6立方米/小时；甲醇的通入速度为1.5-3升/小时，空气通入速度为0.5-1.5立方米/小时。

通过上述技术方案，碳的输入量不变，但是添加了空气，降低了碳势，一定程度上增加了压强，进而让碳原子受到一定的压力作用，渗入到零件中，不会轻易从零件表面溢出到炉腔内，提高了渗透的效率。

本发明进一步设置为：所述渗碳温度为930-940摄氏度。

通过上述技术方案，930-940的温度能够让碳原子活跃，并且让零件表面的也较为活跃，为碳原子进入到零件表面提供条件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)通过预处理，将所有的零件温度进行预热，并且一部分缓慢的进入到零件表层，再经过提高碳势，进行强渗，让表面碳原子渗透速度加快，再经过第一次扩散，降低碳势，让其缓慢渗透并且让表面集聚的碳原子进行扩散至零件内部，再通过再次降低碳势进行第二次扩散，此时，碳原子不在渗入，让其进行快速渗透，提高渗透的效率，在进行淬火前，将温度进行降低，并且稍微提高碳势，让碳原子继续渗透和扩散，维持表面碳原子的浓度，为淬火做准备，再最后经过淬火，让其表面结构进行最后的变化定型；

(2)通过在预处理和强渗的过程中，仅仅通入丙烷和甲醇，让其不存在杂质，从而渗碳过程中活性碳原子渗透效率高，而在扩散时，丙烷和甲醇的通入速度不变，再同时通入空气，提高了压强，进而在降低碳势的情况下，通过存在一定的压强让碳原子保持在其表面，而不会溢出零件，让其向内部渗透，提高其渗透的效率。

附图说明

图1为实施例的工艺图；

图2为对比例1的工艺图；

图3为对比例2的工艺图；

图4为对比例3的工艺-；

图5为对比例4的工艺图；

图6为对比例5的工艺图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例

一种多段渗碳热处理工艺，如图1所示，包括如下工艺步骤：

S1、预处理，将温度提高到渗碳温度(渗碳温度包括预处理温度、强渗温度、第一次扩散温度和第二次扩散温度，其温度一般取强渗过程中的温度为主要温度，其余温度在该温度上下浮动)，并且持续向内部填充渗碳剂，在该过程中，持续通入渗碳剂，一方面进行微量的渗碳，同时能够然工件的整体温度比较平衡，从而在进行强渗之前，整个摆放的工件温度比较均衡，从而让其在后续处理时不会出现大量的质量差异；

S2、强渗，保持渗碳温度，并且向内部加强渗碳剂的通入，提高碳势进行强渗，让碳能够快速的有效的渗入到工件表面；

S3、第一次扩散，在强渗后降低碳势到一定程度后并保持渗碳温度处理，此时，能够让外部的碳缓慢的渗入，并且让工件内部的碳能够进行扩散延伸，让其表面含碳量较为均匀；

S4、第二次扩散，在第一层扩散后，再一次降低碳势并保持渗碳温度处理，此时，让碳不会再渗入，通过降低碳势，让内部的碳不会溢出，从而让内部的碳能够均匀扩散，让表面的结构更加均匀；

S5、均温，将温度降低，并且进行保持，通过均温，让各个位置的工件均下降到淬火温度，让淬火的时候不会出现温度不均的情况，进而让淬火质量相同；其中，均温过程中的碳势高于第二次扩散碳势设置，这样，在均温的过程中，表面可以继续渗入碳原子，而此时是进行缓慢渗入，其主要作用为改善零件的最表层的碳原子的含量和结构；

S6、淬火，将均温后的零件进行淬火处理，经过淬火处理，让表层的结构形成性能较好的结构。

其中，预处理温度、强渗温度、第一次扩散温度以及第二次扩散温度可以采用相同的渗碳温度，也可以采用不同的渗碳温度。

根据上述步骤，实施例1-10的处理过程参数如下表：

通过两次扩散，并且第一次扩散的碳势大于第二次扩散的碳势，让第一次扩散的过程中能够同时有碳原子快速渗入，而第二次扩散的过程中主要用于维持表层的碳原子量，让内部积攒的碳原子能够向内部扩散，从而让其碳原子的渗透层比较均匀。

在强渗以及预处理的过程中通入的渗透剂为丙烷以及甲醇，并且将热处理的腔内其余空气进行抽除，此时，通过渗透剂，让内部碳势能够有效提高。其中丙烷通入速度为0.3-0.6立方米/小时；甲醇的通入速度为1.5-3升/小时，通过持续的通入丙烷和甲醇维持内部的碳势和浓度，让渗碳能够有效进行。在进行扩散(包含第一次扩散和第二次扩散)以及均温过程时，甲烷和甲醇的通入速度不变，同时以0.5-1.5立方米/小时的速度通入空气，从而使得内部的压力增大，从而在降低碳势的情况下，增加压强，进而让碳原子能够持续渗入，并且向内部扩散。

在淬火过程中，通过100度的355S油进行淬火处理，并且在淬火池内，对油液进行高速(可以采用电机带动搅拌叶片进行搅拌，电机采用1500转/min的速度进行)搅拌，让其温度更加均匀，不会出现局部温度过高的情况，让淬火处理均匀。

参照实验：

对比例1：与实施例的处理工艺基本相同，其主要在S1时，直接通过将碳势和温度提升到与S2相同，参照图2。

对比例2：与实施例的处理工艺基本相同，其主要在S1时，直接将碳势上升到与S2相同，温度低于S2，参照图3。

对比例3：与实施例的处理工艺基本相同，其主要将S3和S4进行合并，其采用相同的处理参数处理，参照图4。

对比例4：与实施例的处理工艺基本相同，其主要将S5的碳势降低到与扩散相同或者低于第二次扩散碳势处理，参照图5。

对比例5：采用传统的热处理工艺，首先以低碳势让温度升高到强渗的渗碳温度，然后保持强渗的渗碳温度，提高碳势进行强渗处理，再将碳势降低后保温，最后进行淬火，参照图6。

对比例6：与实施例的处理工艺相同，其主要通入的渗碳剂不同，直接向炉腔内通入渗碳剂，持续通入，且渗碳剂不做改变，直至最终进入淬火阶段时结束。

对比例7：与实施例的处理工艺相同，其主要通入的渗碳剂的方式不同，将炉腔内的空气排除后，再向炉腔内通入渗碳剂，持续通入，且渗碳剂不做改变，直至最终进入淬火阶段时结束。

将实施例和对比例进行检测其表面硬度、渗碳的深度以及渗碳0.15mm的硬度，其中，时间为整体处理的时间，包括冷却淬火等时间，由于中间部分冷却时间有所不同，因此，实际测试时的时间以从进入到炉腔内到从炉腔内取出为准，并且每个实施例均测试多组，该时间取该实施例测试时的时间跨度，得到下表：

其中，在处理的过程中一般有多个零件堆积在一起形成一个立方体的结构进行整体热处理，每个实施例均取中间位置和边缘位置的零件进行测试，取其对应的平均值进行记录，实施例1-10的取出的测试结果，不同位置的零件硬度差别可以忽略，而对比例1中间部分的硬度明显低于四周的硬度。

根据上表可知，预处理的设置能够让整体所有的零件都能过进行预热，最后进行处理完成后，所有零件的表面处理基本相似，而不会出现各个位置零件出现偏差过大的状况。采用多段渗透的方式，让其时间较短，并且在整体处理完成后，其渗透的深度比较深，从而能够零件的耐磨性能够提高，并且不会轻易磨损。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多段渗碳热处理工艺，其特征在于包括如下工艺步骤：

S1、预处理，将温度提高到渗碳温度，并且持续向内部填充渗碳剂；

S2、强渗，保持渗碳温度，并且向内部加强渗碳剂的通入，提高碳势进行强渗；

S3、第一次扩散，在强渗后降低碳势到一定程度后并保持渗碳温度处理；

S4、第二次扩散，在第一层扩散后，再一次降低碳势并保持渗碳温度处理；

S5、均温，将温度降低，并且进行保持;

S6、淬火，将均温后的零件进行淬火处理。

2.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述预处理采用的碳势为0.7-0.9，且预处理时间为10-20min，所述强渗碳势大于等于1.25，且强渗处理时间为400-450min。

3.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述预处理采用的碳势为0.85，且预处理时间为15min。

4.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述强渗碳势大于等于1.3，且强渗处理时间为420min。

5.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述第一次扩散碳势为1.0，所述第二次扩散碳势为0.65，所述第一次扩散时间与第二次扩散时间均为1h。

6.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述均温采用的碳势为7.0，并且处理30min。

7.根据权利要求6所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述均温过程包括降温过程和恒温过程，所述恒温过程采用880摄氏度进行，且所述恒温过程处理30min。

8.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述强渗与预处理过程中通入的渗透剂为丙烷以及甲醇混合形成，其中丙烷通入速度为0.3-0.6立方米/小时；甲醇的通入速度为1.5-3升/小时。

9.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述第一次扩散、第二次扩散以及均温过程中通入的渗透剂为丙烷、甲醇以及空气混合形成，其中丙烷通入速度为0.3-0.6立方米/小时；甲醇的通入速度为1.5-3升/小时，空气通入速度为0.5-1.5立方米/小时。

10.根据权利要求1所述的多段渗碳热处理工艺，其特征在于，所述渗碳温度为930-940摄氏度。