CN110965014A - 一种钢球碳氮共渗工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热处理技术领域，具体公开了一种钢球碳氮共渗工艺，包括以下步骤，步骤1碳氮共渗：将钢球置于热处理炉中，强渗时炉温保持850～860℃，强渗的时间为2～3h，扩散时炉温保持在840～850℃，扩散的时间为2～3h，碳氮共渗的介质为NH3和C3H8，NH3的流量控制在0.5～0.55m3/h，C3H8的流量控制在0.8～0.85m3/h，碳势为1.30％～1.40％；步骤2淬火：将完成碳氮共渗的钢球取出热处理炉后进行淬火处理；步骤3回火：将步骤2完成淬火的钢球进行低温回火后空冷。采用本专利中技术方案得到了渗层深度为0.25～0.35m、表面硬度高的碳氮共渗钢球。

Description

一种钢球碳氮共渗工艺
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种钢球碳氮共渗工艺。
背景技术
碳氮共渗指向钢件表面同时渗入碳、氮的化学表面热处理工艺，该工艺以渗碳为主，并渗入少量的氮；因碳氮共渗工艺早期采用过氰盐或含氰气氛作为渗剂，故又称“氰化”；按共渗介质状态分为气体、液体及固体3类，与渗碳相比，碳氮共渗具有较快的渗入速度，渗层具有较高的淬透性和回火抗力，以及耐磨性和抗疲劳性能好等优点。
轴承内钢球是一种用于工业生产的零件，属于轴承的一部分，需要其具备较高的表面硬度以及耐磨性能，以提高轴承的使用寿命，而现有的钢球制备工艺中，钢球表面的渗层厚度以及组织结构不达标，使得钢球的表面硬度以及内部硬度分布达不到客户要求的质量。
发明内容
本发明提供了一种钢球碳氮共渗工艺，以解决现有技术中钢球渗层深度和硬度不能满足客户需求的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种钢球碳氮共渗工艺，包括以下步骤：
步骤1碳氮共渗：将钢球置于热处理炉中，强渗时炉温保持850～860℃，强渗的时间为2～3h，扩散时炉温保持在840～850℃，扩散的时间为2～3h，碳氮共渗的介质为NH3和C3H8，NH3的流量控制在0.5～0.55m3/h，C3H8的流量控制在0.8～0.85m3/h，碳势为1.30％～1.40％；
步骤2淬火：将完成碳氮共渗的钢球取出热处理炉后进行淬火处理；
步骤3回火：将步骤2完成淬火的钢球进行低温回火后空冷。
本技术方案的技术原理和效果在于：
采用本方案的工艺得到的钢球表面碳氮共渗层的深度为0.25～0.35mm，钢球的表面硬度高，超过64.0HRC，钢球的内部硬度分布梯度平缓，距表面2.0mm处的硬度不低于63.0HRC，因此本方案的热处理工艺得到了表面渗层深、且硬度高的钢球，解决了现有技术制备的钢球不能满足客户需求的问题。
进一步，所述步骤1中强渗时炉温为850℃，扩散时炉温为840℃。
有益效果：该温度下钢球上形成的碳氮共渗层的硬度与深度最佳。
进一步，所述步骤1中NH3的流量0.5m3/h，C3H8的流量0.8m3/h。
有益效果：该碳氮介质的流量下能够很好的形成渗层。
进一步，所述步骤2淬火介质为油。
有益效果：由于水的比热大于油，因此若淬火介质采用水，那么钢球从840℃左右的高温会以一个比较陡的梯度直接冷却至水温，不利于钢球组织中马氏体的形成，而在油介质中钢球冷却的梯度减缓，利于钢球组织的形成。
进一步，淬火过程中油温控制在70±5℃。
有益效果：该温度下利于钢球内马氏体组织的形成。
进一步，所述步骤2淬火完成后，将钢球进行清洗。
有益效果：清洗的目的是为了清除钢球表面残留的油介质，使得钢球表面光亮，防止油介质在回火过程中对钢球的组织产生不利影响。
进一步，清洗钢球的水温控制在35±5℃。
有益效果：避免水温过高或过低对钢球表面组织产生不利的影响。
进一步，所述步骤3中回火的温度为180±5℃，回火时间为2～2.5h。
有益效果：该温度下进行回火能够最大程度的消除钢球内的淬火内应力，从而提高钢球的表面强度。
进一步，所述步骤1中热处理炉采用井式碳氮共渗炉。
有益效果：井式碳氮共渗炉能够在同一批次里对更多的钢球进行共渗处理，提高热处理的效率。
进一步，所述步骤1中的装炉方式为，采用装料筒堆叠7～8层装入井式碳氮共渗炉中，装料筒内设有导流筒，导流筒的周向开设有多个出气孔，各装料筒堆叠之后导流筒相互连通。
有益效果：采用这样的方式能够使得共渗介质能够随气流进入到导流筒内，并从导流筒周向设置的出气孔进入到装料筒内，这样位于装料筒内部的钢球也能够得到有效的碳氮共渗处理，使得同一批处理的钢球质量平均，不会出现较大的差异。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相组织图(×100倍)；
图2为本发明实施例1的金相组织图(×500倍)；
图3为对比例1的金相组织图(×100倍)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种钢球碳氮共渗工艺实施例1～6的参数如下表1所示：
表1为一种钢球碳氮共渗工艺实施例1～6的参数
Figure BDA0002347291210000031
下面以实施例1为例详细说明一种钢球碳氮共渗工艺：
步骤1：将钢球置于井式碳氮共渗炉中，其中强渗时炉温保持在850℃，强渗的时间为3h，扩散时炉温保持在840℃，扩散时间为3h，碳氮共渗所用介质为NH3和C3H8，其中NH3的流量控制为0.5m3/h，C3H8的流量控制0.8m3/h，碳势为1.30％。
步骤2：将步骤1中完成碳氮共渗的钢球取出井式碳氮共渗炉后直接放入油池中淬火，其中油温控制在70±5℃；将淬火后的钢球进行清洗，清洗的水温控制在35±5℃。
步骤3：将清洗后的钢球进行低温回火处理，其中回火的温度为180℃，回火的时间为2h，回火后将钢球取出空冷即可。
步骤1中装炉的方式为，采用装料筒堆叠7～8层装入井式碳氮共渗炉中，装料筒内设有导流筒，导流筒的周向开设有多个出气孔，各装料筒堆叠之后导流筒相互连通。
实施例2～6与实施例1的区别仅在于表1中的参数不同，碳氮共渗的工艺均相同。
另外设置3组对比例与实施例1～6的工艺进行对比实验：
表2为对比例1～3的工艺参数
Figure BDA0002347291210000041
对比例1～3与实施例1的区别仅在于如表2所示的参数不同。
将实施例1～6和对比例1～3碳氮共渗后的钢球进行实验，实验结果如下：
1、金相组织
采用金相显微镜对实施例1～6以及对比例1～3碳氮共渗后的钢球进行检测，其中图1为实施例1中钢球在100倍下的金相组织图，图1的最左边为钢球的表面，图1中L指渗碳层的厚度，约为0.302mm，图2为实施例1中钢球在500倍下的金相组织图，可以观察到钢球的组织中碳化物界限明显，表明其中的渗碳层的浓度梯度大。
图3为对比例1钢球在100倍下的金相组织图，从图中可以看出，对比例1由渗碳引起的碳化物界限不明显，渗碳浓度梯度较缓。
2、硬度检测
通过洛氏硬度计对实施例1～6与对比例1～3碳氮共渗后钢球的表面硬度进行检测，检测的方式采用取平均值的方式，表面硬度的检测结果如表3所示，可知实施例1～6得到的碳氮共渗钢球的表面硬度不低于64.7，远大于对比例1～3中碳氮共渗钢球的表面硬度。
表3为实施例1～6和对比例1～3碳氮共渗钢球的表面硬度
Figure BDA0002347291210000042
另外对实施例1～6与对比例1～3碳氮共渗后钢球的内部硬度进行检测，得到的内部硬度(HRC)分布结果如下表4所示，取实施例1与对比例1的实验结果作对比可知，对比例1中钢球从表面至内部的硬度分布梯度“陡”，而实施例1中钢球的内部硬度分布梯度平缓，且实施例1中钢球心部的硬度要高于对比例1中的钢球心部硬度。
表4为实施例1～6和对比例1～3碳氮共渗钢球的内部硬度分布
Figure BDA0002347291210000051
3、残留奥氏体检测
对实施例1～6与对比例1～3得到的碳氮共渗钢球中残余奥氏体量进行检测，检测的结果如下表5所示，从残留奥氏体的分布可判断渗碳的深度，其中实施例1～6碳氮共渗的钢球，渗碳深度为0.25～0.35mm，而对比例1～3碳氮共渗的钢球中渗碳深度约为0.15～0.2mm，可见实施例1～6得到的碳氮共渗钢球的渗碳层深度大，且残留奥氏体的分布梯度大，而对比例1～3中残留奥氏体的分布梯度非常平缓。
表5为实施例1～6余对比例1～3中钢球从表面开始残余奥氏体的含量(％)
Figure BDA0002347291210000061
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1碳氮共渗：将钢球置于热处理炉中，强渗时炉温保持850～860℃，强渗的时间为2～3h，扩散时炉温保持在840～850℃，扩散的时间为2～3h，碳氮共渗的介质为NH3和C3H8，NH3的流量控制在0.5～0.55m3/h，C3H8的流量控制在0.8～0.85m3/h，碳势为1.30％～1.40％；
步骤2淬火：将完成碳氮共渗的钢球取出热处理炉后进行淬火处理；
步骤3回火：将步骤2完成淬火的钢球进行低温回火后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤1中强渗时炉温为850℃，扩散时炉温为840℃。
3.根据权利要求1所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤1中NH3的流量0.5m3/h，C3H8的流量0.8m3/h。
4.根据权利要求1所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤2淬火介质为油。
5.根据权利要求4所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：淬火过程中油温控制在70±5℃。
6.根据权利要求5所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤2淬火完成后，将钢球进行清洗。
7.根据权利要求6所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：清洗钢球的水温控制在35±5℃。
8.根据权利要求1所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤3中回火的温度为180±5℃，回火时间为2～2.5h。
9.根据权利要求1所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤1中热处理炉采用井式碳氮共渗炉。
10.根据权利要求9所述的一种钢球碳氮共渗工艺，其特征在于：所述步骤1中的装炉方式为，采用装料筒堆叠7～8层装入井式碳氮共渗炉中，装料筒内设有导流筒，导流筒的周向开设有多个出气孔，各装料筒堆叠之后导流筒相互连通。
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