CN1110332A - 渗金属后续热处理工艺 - Google Patents

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杜树芳
杜威
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Abstract

本发明属于金属材料与热处理领域。
该工艺作为工件渗金属后续热处理的专用工艺， 渗金属后在真空设备中进行真空热处理，包括固溶处 理、渗碳、淬火及回火，实现了在同一设备中进行固溶 处理、渗碳和淬火，节省能耗，减小工件变形，适于大 批量生产；采用真空离子渗碳实现了快速渗碳和局部 渗碳，确保了满足渗金属工具和其它工件的广泛要 求，处理后工件表面光洁，性能稳定，生产过程重现性 好。

Description

本发明属于金属材料与热处理范畴。
为了提高工具、模具和机器零件的耐磨性与使用寿命，大量采用表面强化工艺。近年来，为了节约材料，节省能源和减少环境污染，出现了以低碳钢或低合金钢作为工件的基材，经过表面渗金属处理，使工件达到高级合金钢使用性能的新工艺，称之为渗金属热处理工艺。用于制造锯条的渗金属热处理工艺便是其中有代表性的一个。
渗金属热处理工艺包括渗金属处理和渗金属后续热处理两个部分。目前渗金属处理工艺日趋完善，但渗金属后续热处理工艺则不够完善。1982年，太原工业大学在《金属热处理学报》第一期上公开了双层辉光离子渗金属工艺方法，1988年又在《金属热处理》第三期上公开了手用钢锯条的离子渗金属工艺，现存的渗金属工艺还有弧源离子渗金属、加弧辉光离子渗金属、液体渗金属和固体渗金属等多种，不论采用哪一种方法都可以使锯齿渗入特殊的合金元素。现存渗金属后续热处理工艺包括固溶处理、渗碳、淬火及回火，目前固溶处理和淬火都是在盐炉中加热，在油中冷却，在盐炉中加热时工件表面渗金属层受到腐蚀和溶解，破坏了工件精度和表面渗金属质量，而且能耗很大，环境污染严重，在油中冷却时又加大了工件变形，成品率大大降低。
本发明采用真空热处理方案，真空加热时用一定气压的氮气保护工件，使工件表面的渗金属层得以完整保存，工件表面没有氧化和腐蚀现象，真空处理变形小，又因真空净化作用大提高了渗金属工件的强度。本发明的渗金属后固溶处理，是在1100-1250℃保温5-60分，氮气保护气压为10-100Pa，保温后进行气压低于20bar的高压气体冷却或在油中冷却。本发明的淬火工艺是在1000-1300℃保温5-30分，氮气保护气压为10-100Pa，保温后进行气压低于20bar的高压气体冷却或在油中冷却。
渗金属过程中要求工件表面在低碳状态，但是为提高工件的耐磨性，往往需要渗金属后提高工件表面的含碳量，故在渗金属和固溶处理后应采用渗碳处理。目前采用固体渗碳、气体渗碳和可控气氛渗碳方法，渗碳周期长，难于进行工件表面的局部渗碳处理，无法使渗碳和淬火工艺连接在一起一次进行。分次处理大大增加工件变形，成品率下降，限制了渗金属热处理工艺的应用。本发明的重要特点是把工件的固溶处理、渗碳和淬火放在一个真空设备中进行，生产周期大缩短，工件变形小，成品率高，能耗少。
本发明采用的渗碳工艺是真空离子渗碳，该工艺方法可保证工件在真空下快速而均匀的渗碳或碳氮共渗，由于离子渗碳的特殊屏蔽作用，实现了根据工件要求可进行局部渗碳，也可进行整体渗碳。例如锯条渗碳时可保证锯条齿部被渗碳而背部不被渗碳。本发明采用的真空离子渗碳是在带有辅助加热源和特殊装夹装置的设备中进行，工件作为阴极，在含碳气氛中进行辉光放电渗碳，气压为200-3000Pa，渗碳温度为850-1050℃，最佳温度为950℃，渗碳层深0.2-1.5毫米。离子渗碳后可在炉中冷却，也可直接升温进行淬火。淬火后的回火处理，对于渗金属后工件表面成为高合金钢者，回火温度一般在400-600℃，目前多数采用盐炉进行回火，回火时仍然存在工件渗金属表面和非渗金属表面的腐蚀和溶解问题，严重影响了工件的最后质量，废品率很高。本发明的回火是在200-600℃保温30-180分，氮气保护气压低于100Pa，保温后进行气压低于5bar的高压气体冷却或在真空中炉冷，处理后工件表面光洁，渗金属层完整。
真空热处理工艺是常规方法，但是为了保护工件表面渗金属层，真空热处理作为渗金属后续热处理是渗金属热处理能适用于工件大批量生产的关键，将固溶处理、渗碳和淬火放在一个真空设备中进行是本发明的核心。
实施例：用低碳铬钼钒钢制造手用钢锯条，规格为300×12×1.0毫米，渗金属处理在专用真空渗金属炉中进行，渗金属后在一台专用的真空炉中进行连续处理，装炉量180公斤，先进行固溶处理：1200℃保温20分，保温后氮气快速冷却;然后再进行真空离子渗碳，在950℃保温60分，锯条齿部渗碳层深0.4-0.6毫米，而锯条背部不被渗碳，渗碳后锯条齿部成为特种高速钢;渗碳后直接升温进行淬火，在1220℃保温20分，保温后氮气快速冷却，整个处理周期为8小时，处理后锯条齿部表面硬度HRC62-67，锯条背部硬度HRC40-50。锯条淬火后在真空回火炉中560℃保温120分，保温后氮气快速冷却后出炉，进行两次回火，回火后锯条表面银白色，齿部表面硬度HRC61-64，背部硬度HRC28-36，实测锯条切削寿命达到英国标准BS1919-1983，产品合格率达到95%以上。

Claims (6)

1、一种工件渗金属后续热处理工艺，其特征是在真空设备中进行加热和冷却，由固溶处理、渗碳、淬火及回火组成。
2、根据权利要求1，其中所述固溶处理、渗碳和淬火其特征是在一个真空设备中按其顺序进行。
3、根据权利要求1，其中所述固溶处理其特征是在渗金属处理后在1100-1250℃保温5-60分，氮气保护气压为10-100Pa，保温后进行气压低于20bar的高压气体冷却或在油中冷却。
4、根据权利要求1，其中所述渗碳其特征是在真空离子渗碳炉中进行，气压为200-3000Pa，渗碳温度为850-1050℃，渗碳层深为0.2-1.5毫米。
5、根据权利要求1，其中所述淬火其特征是在1000-1300℃保温5-30分，氮气保护气压为10-100Pa，保温后进行气压低于20bar的高压气体冷却或在油中冷却。
6、根据权利要求1，其中所述回火其特征是在200-600℃保温30-180分，氮气保护气压低于100Pa，保温后进行气压低于5bar的高压气体冷却或在真空中炉冷。
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