CN110760786A - 一种控制氮势的渗氮热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制氮势的渗氮热处理方法，该方法通过控制氮势，可以得到合金产品的不同级别的表面组织和不同厚度的白亮层，能够保证氮化产品质量，并且成本低。

Description

一种控制氮势的渗氮热处理方法

技术领域

本发明属于热处理技术领域，特别涉及一种控制氮势的渗氮热处理方法

背景技术

一般气体渗氮是通过测量氨分解率来控制渗氮气氛，零件的渗氮质量不稳定。该发明中渗氮技术是通过氢探头直接的、连续的、动态的测量炉内氢分压控制氮势，能够有效控制渗氮质量。

渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺，渗氮处理用于提高零件表面的硬度及耐磨性，并使零件具有良好的抗蚀性。通常有气体渗氮(普通的气体渗氮、真空渗氮)、离子渗氮、氮碳共渗。气体渗碳缺点是渗氮时间长(渗氮过程分为氨的分解、零件表面吸收氮原子、氮原子从表面向里扩散)，离子渗氮缺点是温度的观察全凭操作者的经验(在低于1个大气压的渗氮气氛中，利用零件和阳极之间的辉光放电渗氮，无法用热电偶测温)，氮碳共渗缺点是渗层太薄(氮碳共渗工艺时间短，延长时间，渗层深度增加有限)。

发明内容

本发明的目的是提出一种控制氮势的渗氮热处理方法，该方法通过控制氮势，可以得到合金产品的不同级别的表面组织和不同厚度的白亮层，能够保证氮化产品质量，并且成本低。

本发明的技术方案是：

控制氮势的渗氮热处理方法，有以下步骤：

1)将需要渗氮的合金钢产品放入渗氮炉内，带有氢探头的控制系统的氢探头一端插入渗氮炉内，另一端连接压力传感器和控制系统；

2)设置渗氮炉内的氮势值；

3)将炉内温度加热到渗氮温度520～530℃；

4)向炉内通入氨气,接通裂解气,渗氮；

5)测量炉内气氛的氢分压,氢探头将氢分压信号传输到压力传感器和控制系统，测得炉内氮势；

6)控制系统检测氮势，当氮势高于设定值，向炉内通入氨裂解气，降低氮势；当氮势低于设置值，则向炉内通入氨气，提高氮势，保证同一产品在不同渗氮炉次的表面组织和质量的一致性。

7)检测合金钢工件出炉后面的脉状氮化物、白亮层、疏松的值，得到各种合金钢材料与所设置氮势之间的关系，获得不同金属材料、不同要求下的氮势值，对各种材料渗氮过程的氮势精确控制,保证产品质量。

步骤2)所述的氮势值，根据钢的成分要求设置。

按钢的成分，高合金钢渗氮的氮势值为2～4；中合金钢渗氮的氮势值为4～6。

渗氮层组织包括脉状氮化物、脆性、疏松、白亮层，特别是疏松、白亮层与炉内氮势关系密切，通过控制氮势可以得到不同级别的组织和不同厚度的白亮层，普通气体渗氮用氨分解率来控制氮势是一个比较粗略的方法，人为因素较大,其控制精度不高。本发明所述方法采用带氢探头的控制系统不但能对炉内氮势进行连续的动态的实时检测,然后与设定值比对，再通过PID控制，自动调整氮势。通过设定合理的氮势，实现了渗氮过程的智能化控制，解决了氮化组织不稳定的问题，保证了不同炉次的同一零件氮化硬度和深度的一致性，可以保证组织合格，降低生产成本。

本发明所述方法采用带氢探头的控制系统控制炉内氮势，其精度高，消耗的氨气量减少，渗氮速度加快，生产成本低。

具体实施方式

按钢的成分，高合金钢渗氮的氮势值为2～4；中合金钢渗氮的氮势值为4～6。

本实施例测定中低碳钢的氮势值。

氮势的控制方法，有以下步骤：

1)将需要渗氮的合金钢产品放入渗氮炉内，带有氢探头控制系统的氢探头的一端插入渗氮炉内；

2)设定渗氮炉内的氮势值；

3)将炉内温度加热到渗氮温度520～530℃；

4)向炉内通入氨气,并接通裂解气,开始渗氮；

5)测量炉内气氛的氢分压,然后将氢分压信号传输到炉外氢探头另一端的压力传感器就可直接读出炉内氢分压，可知炉内氮势。

6)若当氮势高于设定值，向炉内通入氨裂解气,以降低氮势；当氮势低于设定值，则向炉内通入氨气,以提高氮势；此调节过程由控制系统自动完成，可保证同一产品在不同渗氮炉次的表面组织和质量的一致性。

7)检测合金钢工件出炉后面的脉状氮化物、白亮层、疏松.通过积累数据,可以准确掌握各种合金钢材料与所设置氮势之间的关系,获得不同材料、不同要求下的氮势值，达到对各种材料渗氮过程的氮势精确控制,保证产品质量；

氮势kn的试验

A.试验一

第一段kn采用6，时间15h，第二段kn采用4，时间5h，渗氮材料采用40Cr、30CrNi2MoVA、32Cr2MoVA、42CrMo、40CrNiMoA渗氮温度530℃，试验结果见表1。

表1

B.试验二

第一段kn采用8,时间15h，第二段kn采用6，时间5h,渗氮材料采用40Cr、42CrMo、30CrNi2MoVA,渗氮温度530℃,试验结果见表2。

表2

C.试验三

第一段kn采用4，时间15h，第二段kn采用6，时间5h,渗氮材料采用30CrNi2MoVA、40CrNiMoA,渗氮温度520℃，试验结果见表3。

表3

试验结果分析:

对比表1、表2、表3氮化组织的结果，可以看出：

1.氮势Kn高，白亮层深，Kn低，白亮层浅；

2.先用较大Kn，后用较小Kn值的分段控制，渗氮层疏松严重；先用较小Kn，后用较大Kn值的分段控制，渗氮层疏松得改善。

综上所述，降低氮势kn，对降低白亮层厚度有利，但渗氮时间增加；氮势Kn值在设定时按照先小后大的原则分段设置，能够降低白亮层，改善渗氮层疏松，对于中、低合金钢kn推荐选用4～6，以满足不同的氮化组织要求。

Claims (3)

1.一种控制氮势的渗氮热处理方法，其特征在于，有以下步骤：

1)将需要渗氮的合金钢产品放入渗氮炉内，带有氢探头的控制系统的氢探头一端插入渗氮炉内，另一端连接压力传感器和控制系统；

2)设置渗氮炉内的氮势值；

3)将炉内温度加热到渗氮温度520～530℃；

4)向炉内通入氨气,接通裂解气,渗氮；

5)测量炉内气氛的氢分压,氢探头将氢分压信号传输到压力传感器和控制系统，测得炉内氮势；

6)控制系统检测氮势，当氮势高于设定值，向炉内通入氨裂解气，降低氮势；当氮势低于设置值，则向炉内通入氨气，提高氮势，保证同一产品在不同渗氮炉次的表面组织和质量的一致性。

7)检测合金钢工件出炉后面的脉状氮化物、白亮层、疏松的值，得到合金钢材料与所设置氮势之间的关系，获得不同金属材料、不同要求下的氮势值，对各种材料渗氮过程的氮势精确控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的氮势值，根据钢的成分要求设置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：按钢的成分，高合金钢渗氮的氮势值为2～4；中合金钢渗氮的氮势值为4～6。