CN114959553A - 一种提高金属表面碳化性能的热处理方法 - Google Patents

一种提高金属表面碳化性能的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，属于金属表面处理技术领域，包括以下步骤：对金属表面进行抛光，然后在氨气和丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持1‑9h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；将奥氏体化金属浸在油浴中，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效。本发明技术方案中，氮碳的共渗可以显着提高γ‑N/C的高热力学稳定性，且共渗氮碳过程中温度仅为570℃，不会引起边缘处局部过热现象，进而防止了碳层以小颗粒的形式脱离。

Description

一种提高金属表面碳化性能的热处理方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体地，涉及一种提高金属表面碳化性能的热处理方法。
背景技术
械设备中很多金属零部件，为了适应安装精度和强度的要求，常需要对于金属表面进行渗碳热处理，从而使其在工作的时候，表面的硬度能够支撑表面较大的载荷，而目前对于金属表面硬度改性的渗碳热处理方法一般为：首先对低碳合金钢进行表面渗碳处理，在通过高温回火、车碳层后，去应力回火、再进行淬火，但是现有的渗碳热处理方法虽能有效降低金属表面的内氧化，但深入研究表明存在以下不足：渗碳淬火后表层马氏体针较粗大，残余奥氏体含量较多，使其表面硬度偏低，因此会大大降低其综合力学性能。
公开号为CN110387521A的中国专利公开了一种一种金属表面硬度改性的渗碳热处理方法，包括如下步骤：S1：对金属工件进行防渗处理；S2：金属工件置入渗碳炉中，升温至930℃，向所述渗碳炉内通入渗碳剂形成渗碳气氛，按渗层深度控制碳势；S3：将S2中渗碳后的金属工件降温至760℃，保温4小时，进而在提升为温度到830℃，且保温1小时，进而在提升为温度到900℃，且保温1小时；S4：将S3中升温后的金属工件再次降温至860℃保温1小时，置入72℃的油液迅速冷却，进行淬火；S5：将淬火后的金属工件在520℃环境中进行第一次回火，保温2小时，进而在230℃环境中进行第二次回火，保温1小时，进而出炉空冷至室温，该发明虽然能够提高工件表面硬度，但是，其渗碳温度高，便会导致边缘处局部过热，会形成孔隙或者裂纹，导致碳层以小颗粒的形式脱离，最终表现出较差的耐磨性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，通过经Nb和Ti细化后的低碳钢进行共渗氮碳和热处理，得到综合性能优异的低碳钢材料。
本发明要解决的技术问题：现有的金属渗碳热处理方法虽然能够提高工件表面硬度，但是，其渗碳温度高，便会导致边缘处局部过热，会形成孔隙或者裂纹，导致碳层以小颗粒的形式脱离，最终表现出较差的耐磨性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在氨气和丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持1-9h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在油浴中，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效。
进一步地，步骤S1中，金属的主要成分为C：0.15％、Si：0.22％、Mn：0.45％、Cr：1.3％、Ni：1.5％、Mo：0.3％、P：0.003％、S：0.003％、Al：0.015％、Nb：0.06％、Ti：0.02％，余量为Fe。
进一步地，步骤S1中，金属表面进行抛光的步骤为：用金相砂纸打磨金属试样，并对其进行表面湿喷砂，经金属洗涤剂清洗后在去离子水中超声清洗，烘干。
进一步地，步骤S1中，氨气的流量为480-520L/h，丙酮的流量为4-5L/h。
进一步地，步骤S1中，等离子碳氮共渗的时间为4-6h。
进一步地，步骤S2中，盐浴由质量分数为31％的BaCl2、21％的NaCl和48％的CaCl2的组成。
进一步地，步骤S3中，奥氏体化金属浸在油浴中的温度为200-250℃，分别保持12-15h。
进一步地，步骤S3中，等温时效时间为4-6h。
本发明的有益效果：
本发明技术方案中，通过使用Nb和Ti细化晶粒的低碳钢材料能够提供在高温渗碳过程中限制低碳钢奥氏体晶粒生长，且不会产生过多的大TiN颗粒，氮碳的共渗，主要是因为N和C原子可以显着提高γ-N/C的高热力学稳定性，随着保温时间增加，γ-N/C体积分数增加，这种相转变的过程中，实现了金属热处理后的机械性能，且共渗氮碳过程中温度仅为570℃，不会引起边缘处局部过热现象，进而防止了碳层以小颗粒的形式脱离。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，金属的主要成分为C：0.15％、Si：0.22％、Mn：0.45％、Cr：1.3％、Ni：1.5％、Mo：0.3％、P：0.003％、S：0.003％、Al：0.015％、Nb：0.06％、Ti：0.02％，余量为Fe。
金属表面进行抛光的步骤为：用金相砂纸打磨金属试样，并对其进行表面湿喷砂，经金属洗涤剂清洗后在去离子水中超声清洗，烘干。
盐浴由质量分数为31％的BaCl2、21％的NaCl和48％的CaCl2的组成。
实施例1
一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在480L/h氨气和4L/h丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗4h，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持1h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在为200-250℃油浴中12h，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效4h。
实施例2
一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在500L/h氨气和4.5L/h丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗5h，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持6h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在为230℃油浴中13h，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效5h。
实施例3
一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在520L/h氨气和5L/h丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗6h，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持9h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在为250℃油浴中15h，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效6h。
对比例
一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在5L/h丙酮气体的混合气体中，在930℃下进行等离子渗碳6h，然后进行冷却，得到渗碳金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持9h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在为250℃油浴中15h，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效6h。
现对实施例热处理方法得到的金属进行机械性能测试，测试结果如下
表1所示。
项目 硬度/HV 抗拉强度/MPa
实施例1 443 604
实施例2 437 602
实施例3 445 609
对比例 235 381
由上表1可知，本发明实施例的处理方法制备的金属，具有更好的机械性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对金属表面进行抛光，然后在氨气和丙酮气体的混合气体中，在570℃下进行等离子碳氮共渗，然后进行冷却，得到氮碳共渗金属；
S2、将氮碳共渗金属在盐浴中700℃下分别保持1-9h，之后在25℃去离子水中淬火，得到奥氏体化金属；
S3、将奥氏体化金属浸在油浴中，然后在水中冷却，最后在225℃下等温时效。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，金属的主要成分为C：0.15％、Si：0.22％、Mn：0.45％、Cr：1.3％、Ni：1.5％、Mo：0.3％、P：0.003％、S：0.003％、Al：0.015％、Nb：0.06％、Ti：0.02％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，金属表面进行抛光的步骤为：用金相砂纸打磨金属试样，并对其进行表面湿喷砂，经金属洗涤剂清洗后在去离子水中超声清洗，烘干。
4.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，氨气的流量为480-520L/h，丙酮的流量为4-5L/h。
5.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，等离子碳氮共渗的时间为4-6h。
6.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，盐浴由质量分数为31％的BaCl2、21％的NaCl和48％的CaCl2的组成。
7.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S3中，奥氏体化金属浸在油浴中的温度为200-250℃，分别保持12-15h。
8.根据权利要求1所述的一种提高金属表面碳化性能的热处理方法，其特征在于：步骤S3中，等温时效时间为4-6h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115612972A (zh) * 2022-09-27 2023-01-17 南京丰东热处理工程有限公司 钢表面层厚可控的含氮马氏体复合改性层及其工艺方法

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