CN111139425A - 一种氮碳共渗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氮碳共渗方法，涉及热处理技术领域，通过氮化前的预氧化操作使得工件表面产生氧化膜，增加了工件的表面活性，有利于后续氮化处理的整体均匀性，同时在渗氮完成后将工件拉出氮化炉，形成氧化膜，进一步提高了工件的耐腐蚀性。相较于现有技术，本发明提供的氮碳共渗方法，保证了工件氮化均匀，提高了工件的抗腐蚀性。

Description

一种氮碳共渗方法
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体而言，涉及一种氮碳共渗方法。
背景技术
与钢相比较，铸铁中的石墨以及碳、硅含量高，阻碍了渗氮的正常进行，因此要获得同样的白亮层，渗氮的时间应适当延长。
由于灰口铸铁渗氮时，其中不含铝和铬镍的合金铸铁硬度的提高并不明显。铸铁锅进行氮碳共渗处理可提高锅表面的抗腐蚀性能性能，提高锅的使用寿命。我们使用大型井式氮化炉进行氮碳共渗处理，如果采用常规的氮碳共渗的工艺进行处理，在装满炉产品的情况下不同位置产品的氮化不均匀，整炉产品的抗腐蚀性难以得到保证。
有鉴于此，设计出一种能够提高渗氮的均匀性，保证产品的抗腐蚀性的氮碳共渗方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮碳共渗方法，其能够提高渗氮的均匀性，保证产品的抗腐蚀性。
本发明是采用以下的技术方案来实现的。
一种氮碳共渗方法，包括以下步骤：
将工件放入氮化炉中进行预氧化处理，以使工件的表面产生活性氧化膜；
向氮化炉中通入氮气进行置换，以使氮化炉中充满氮气；
向氮化炉中通入氨气进行氮化，同时通入二氧化碳进行碳化；
将工件拉出氮化炉。
进一步地，将工件放入氮化炉中进行预氧化处理的步骤，包括：
将工件吊装放入氮化炉；
将氮化炉的温度升高至350℃，并保持30分钟。
进一步地，在将氮化炉的温度升高至350℃，并保持30分钟的步骤之后，还包括：
将工件吊装拉出氮化炉；
2-3分钟后将工件吊装放入氮化炉。
进一步地，向氮化炉中通入氨气进行氮化，同时通入二氧化碳进行碳化的步骤，包括：
将氮化炉的温度升高至330℃后通入氨气；
将氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳。
进一步地，将氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤之前，还包括以下步骤：
通过调节废气排气阀将氮化炉的炉压升高至20Kpa。
进一步地，将氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤，包括：
将氮化炉的温度升高至520℃后以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t1。
进一步地，将氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤之后，还包括：
将氮化炉的温度升高至560℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t2；
将氮化炉的温度降低至520℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t3。
进一步地，t1为1小时，t2为3小时，t3为1小时。
进一步地，将氮化炉的温度升高至330℃后通入氨气的步骤，包括：
向氮化炉的温度升高至330℃后以5m3/h的流量通入氨气。
进一步，将工件拉出氮化炉的步骤，包括：
将氮化炉的温度降低至350℃；
将工件吊装拉出氮化炉。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种氮碳共渗方法，通过氮化前的预氧化操作使得工件表面产生氧化膜，增加了工件的表面活性，有利于后续氮化处理的整体均匀性，保证了工件氮化均匀，提高了工件的抗腐蚀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的氮碳共渗方法的步骤框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
具体实施例
参见图1，本实施例提供了一种氮碳共渗方法，能够使得工件氮化均匀，抗腐蚀性能高。本实施例提供的氮碳共渗方法包括以下步骤：
S1：将工件放入氮化炉中进行预氧化处理，以使工件的表面产生活性氧化膜。
具体而言，在进行氮化之前进行预氧化处理，首先将工件吊装放入氮化炉，然后将氮化炉的温度升高至350℃，并使得氮化炉的温度维持在350℃30分钟左右，氮化炉中的空气使得工件表面发生氧化，并形成氧化膜层。需要说明的是，通过在工件表面形成活性氧化膜层，能够增加工件的表面活性，有利于后续氮化处理的整体均匀性。
需要说明的是，在预氧化结束后将工件吊出在空气中停留2-3分钟再吊入炉内。待工件冷却后再吊入氮化炉内，能够使得活性氧化膜层的形成更加均匀，更有利于后续渗氮均匀。
还需要说明的是，本实施例中采用UPN3000大型井式氮化炉，工件为灰口铸铁锅，通过氮碳共渗处理可提高铸铁锅表面的抗腐蚀性能，提高铸铁锅的使用寿命。本实施例采用的氮化炉采用全自动温控模式，在终端设定好程序后，氮化炉会自动进行升温、降温过程，同时，工件的吊装可以通过大型机械臂进行，也可以通过炉体内的升降架进行。当然，对于氮化炉的选择可根据实际工件的情况进行，在此不作具体限定。
S2：向氮化炉中通入氮气进行置换，以使氮化炉中充满氮气。
具体而言，在将工件重新吊装放入氮化炉中后，将氮化炉重新升温，同时向氮化炉中通入氮气对氮化炉内的空气进行置换，使得氮化炉中充满氮气，起到保护作用，避免氮化过程中空气对渗氮造成影响。通常通入氮气的流量和时间依据氮化炉的实际尺寸而定，在此不作具体限定，通过检测计检测氮化炉内的空气含量，当氮化炉内空气含量降低到一定程度后，即可认为氮化炉中空气置换完成，氮化炉中充满氮气。
需要说明的是，本实施例中氮化炉进行氮气置换时，通过调节废气排气阀，将氮化炉的炉压升高至20Kpa，在高压下的氮化有利于整炉工件的均匀性。
S3：向氮化炉中通入氨气进行氮化，同时通入二氧化碳进行碳化。
具体而言，在步骤S2时对氮化炉进行升温，升温到330℃后向氮化炉中以第一流量通入氨气，同时继续对氮化炉进行升温，在升温到520℃后以第二流量通入氨气，同时以第三流量通入二氧化碳，维持一定时间后完成氮碳共渗过程。其中第一流量、第二流量和第三流量各不相同。
在本实施例中，在升温到330℃后向氮化炉中以5m3/h的流量通入氨气，同时继续对氮化炉进行升温处理，该升温和通气过程会持续30min-120min左右，使得氮化炉中充满氨气，为氮化作准备，同时通过氮化前充入氨气，能够为调节炉内压力提供条件。
在本实施例中，将氮化炉的温度升高至520℃后以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，其中二氧化碳和氮气在氮化炉温度达到520℃后同时通入，以达到氮碳共渗的目的。值得注意的是，在在升温至520℃并通入氨气和二氧化碳后，通入时间达到t1后还会继续将氮化炉的温度升高至560℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间达到t2后，将氮化炉的温度降低至520℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t3。其中t1、t2和t3的具体时间可根据实际情况确定，本实施例中分别为1h、3h和1h。
在本实施例中，在氮化炉温度达到520℃后将维持一段时间，具体地，将维持1h左右，此段时间内氨气的分解率为45％，在维持一段时间后，将继续对氮化炉进行升温，同时氨气和二氧化碳的通入流量不变。在温度升高到560℃后将维持一段时间，具体地，将维持3h左右，此段时间内氨气的分解率为50％，在维持一段时间后，将对氮化炉进行降温，同时氨气和二氧化碳的通入流量不变。在温度降低到520℃后将维持一段时间，具体地，将维持1h左右，此段时间内氨气的分解率降低至45％，在维持一段时间后，将继续对氮化炉进行降温，同时停止氨气和二氧化碳的供应。
S4:将工件拉出氮化炉。
具体而言，在步骤S3对工件的氮碳共渗过程完成后，对氮化炉进行降温，降温到350℃后，将工件吊装拉出氮化炉，在350℃的温度下拉出时工件暴露在空气中会在工件表面产生氧化膜进一步增强了工件的耐腐蚀性。
需要说明的是，在氮化炉由520℃降温至350℃的过程由自然冷却完成，同时降温过程中对氮化炉内残留的氨气和二氧化碳进行置换，具体地，也是通入氮气进行置换，置换过程与升温前的置换过程一致。
在本实施例中，在将工件拉出氮化炉后，需要对工件进行盐雾试验，在六小时的盐雾试验之后，工件表面不会产生明显的锈点，则证明工件氮化均匀，抗腐蚀效果好，盐雾试验是产品出厂前的检测步骤，其也可以用其他检测手段进行替换，例如人工识别或者酸性介质浸泡试验等。
还需要说明的是，本实施例中各种温度、时间、流量和压力参数，仅仅是举例说明，并不起到限定效果，针对不同的氮化炉和不同的工件，上述各种参数可根据实际情况进行调节，以达到最优的碳氮共渗效果。
综上所述，本实施例提供的氮碳共渗方法，具体过程如下：一，首先将装好的工件吊入炉内进行预氧化。二，预氧化结束后充氮气置换，置换结束后开始高压氮化。三，氮化结束后降温置换，等置换完全且炉温降至350℃时将工件拉出。整个工艺流程结束。通过氮化前的预氧化使工件表面产生氧化膜增加了工件表面活性，有利于后续氮化处理的整体均匀性，氮化过程中将炉压增加至20KPA左右，在高压下的氮化有利于整炉产品氮化的均匀性。在炉温降至350℃时将工件从炉内拉出整体在350℃的温度下拉出时工件暴露在空气中会在工件表面产生氧化膜进一步增强了工件的耐腐蚀性，经过六小时盐雾试验后工件表面不会产生明显的锈点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮碳共渗方法，其特征在于，包括以下步骤：
将工件放入氮化炉中进行预氧化处理，以使所述工件的表面产生活性氧化膜；
向所述氮化炉中通入氮气进行置换，以使所述氮化炉中充满氮气；
向氮化炉中通入氨气进行氮化，同时通入二氧化碳进行碳化；
将所述工件拉出所述氮化炉。
2.根据权利要求1所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述将工件放入氮化炉中进行预氧化处理的步骤，包括：
将所述工件吊装放入所述氮化炉；
将所述氮化炉的温度升高至350℃，并保持30分钟。
3.根据权利要求2所述的氮碳共渗方法，其特征在于，在所述将所述氮化炉的温度升高至350℃，并保持30分钟的步骤之后，还包括：
将所述工件吊装拉出所述氮化炉；
2-3分钟后将所述工件吊装放入所述氮化炉。
4.根据权利要求1所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述向氮化炉中通入氨气进行氮化，同时通入二氧化碳进行碳化的步骤，包括：
将所述氮化炉的温度升高至330℃后通入氨气；
将所述氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳。
5.根据权利要求4所述的氮碳共渗方法，其特征在于，将所述氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤之前，还包括以下步骤：
通过调节废气排气阀将所述氮化炉的炉压升高至20Kpa。
6.根据权利要求5所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述将所述氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤，包括：
将所述氮化炉的温度升高至520℃后以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t1。
7.根据权利要求6所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述将所述氮化炉的温度升高至520℃后同时通入氨气和二氧化碳的步骤之后，还包括：
将所述氮化炉的温度升高至560℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t2；
将所述氮化炉的温度降低至520℃，并继续以20-30m3/h的流量通入氨气，并以1.5m3/h的流量通入二氧化碳，通入时间为t3。
8.根据权利要求7所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述t1为1小时，所述t2为3小时，所述t3为1小时。
9.根据权利要求6所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述将所述氮化炉的温度升高至330℃后通入氨气的步骤，包括：
向所述氮化炉的温度升高至330℃后以5m3/h的流量通入氨气。
10.根据权利要求1所述的氮碳共渗方法，其特征在于，所述将所述工件拉出所述氮化炉的步骤，包括：
将所述氮化炉的温度降低至350℃；
将所述工件吊装拉出所述氮化炉。
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