CN115323314A - 一种钢材料氮化表面改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种钢材料氮化表面改性方法，包括下述步骤，S1、清洗：将钢材料进行表面清洗，使用磷酸皮膜对钢材料进行表面处理，S2、第一次淬火氮化：排除渗氮炉空气，使用渗氮炉对钢材料进行淬火，淬火温度调节至460～590℃，氮化时间为4～5小时，S3、冷却：待钢材料氮化完成后，关闭加热电源，在渗氮炉内导入空气后，开启炉盖，S4、喷洒氮化改性粉，S5、回火，S6、冷却，S7、出炉。本发明实现钢材料在氮化的过程中可以减少钢材料氮化的生产周期，增强钢材料表面硬度，提高生产效率，极大程度上减少钢材料氮化的过程中出现硬度不合格的产品，并且能够有效的承受较大的接触应力和较高的冲击载荷。

Description

一种钢材料氮化表面改性方法
技术领域
本发明属于钢材料技术领域，具体涉及一种钢材料氮化表面改性方法。
背景技术
氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性，它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散，氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行，适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴如镗杆、磨床主轴，高速柴油机曲轴、阀门等。
在钢材料氮化生产实践中，工件氮化后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求，并且不能承受太大的接触应力和高的冲击载荷，轻者可以返工，重者则造成报废，生产效率低下，浪费严重。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种钢材料氮化表面改性方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢材料氮化表面改性方法，以解决上述的问题。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种钢材料氮化表面改性方法，包括下述步骤；
S1、清洗：将钢材料进行表面清洗，使用磷酸皮膜对钢材料进行表面处理；
S2、淬火氮化：排除渗氮炉空气，使用渗氮炉对钢材料进行淬火，淬火温度调节至460～590℃，氮化时间为4～5小时；
S3、冷却：待钢材料氮化完成后，关闭加热电源，在渗氮炉内导入空气后，开启炉盖；
S4、喷洒氮化改性粉：将冷却后的钢材料通过喷播机在钢材料各个端面均匀喷洒氮化改性粉；
S5、回火氮化：将钢材料再次放入排除空气后的渗氮炉，使用渗氮炉对钢材料进行回火，回火温度调节至700～900℃，氮化时间为2～3小时，第一次退火700℃～760℃，保温2～3小时空冷，第二次退火450℃～500℃，保温2～2.5小时空冷；
S6、冷却：待再次钢材料氮化完成后，关闭加热电源；
S7、出炉。
作为本发明的进一步改进，所述氮化改性粉包括硅粉、铬粉、矾粉、钼粉和铌粉中的两种或多种组合。
作为本发明的进一步改进，所述氮化改性粉包括硅粉和铬粉，所述硅粉和铬粉的重量配比为3:1。
作为本发明的进一步改进，所述氮化改性粉包括矾粉、铬粉和铌粉，所述矾粉、铬粉和铌粉的重量配比为5:3:2。
作为本发明的进一步改进，所述S2中氮化时间优选时间为4.5小时。
作为本发明的进一步改进，所述S5中淬火温度优选温度为893℃。
作为本发明的进一步改进，所述S5中第一次退火保温空冷时间优选为2.1小时。
作为本发明的进一步改进，所述喷播机包括喷头组件，所述喷头组件包括管道。
作为本发明的进一步改进，所述管道上端面连接有料管，所述管道的一侧端面固定连接有气管。
作为本发明的进一步改进，所述管道下端面连接有喷头，所述喷头上开设有多个喷孔。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实现钢材料在氮化的过程中可以减少钢材料氮化的生产周期，增强钢材料表面硬度，操作简单，提高生产效率，极大程度上减少钢材料氮化的过程中出现硬度不合格的产品，并且能够有效的承受较大的接触应力和较高的冲击载荷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。
图1为本发明一实施例中一种钢材料氮化表面改性方法的加工步骤图。
图2为本发明一实施例中喷播机喷头组件的结构示意图。
图中：1.喷头组件、2.喷头、3.喷孔、4.气管、5.料管、6.管道。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。
本文使用的例如“左”、“右”、“左侧”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“右侧”的单元将位于其他单元或特征“左侧”。因此，示例性术语“右侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向旋转90度或其他朝向，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
本发明一实施例公开的一种钢材料氮化表面改性方法，参图1所示，包括下述步骤；
S1、清洗：将钢材放入含有磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜，将钢材的表面层去除，实现钢材在氮化的过程中不易出现氮化层不均匀，易弯曲的情况；
S2、氮化；
S21、排除渗氮炉空气；
S211、将清洗完成的钢材放入渗氮炉中，钢材放入时依次排放，不得出现重叠的情况；
S212、将炉盖封上，开始通无水氮气，流量达到90～97％；
S213、将加热炉的自动温度控制设定在150℃并开始加热，注意炉温不能高于150℃；
S214、炉中之空气排除至10％以下，再将炉温升高；
S22、使用渗氮炉对钢材料进行淬火，淬火温度调节至460～590℃，优选温度为510℃，氮化时间为4～5小时，优选时间为4.5小时，促进材料发生转变，提高钢材料的强度；
S3、冷却：待钢材料氮化完成后，关闭加热电源，渗氮炉内温度降到40℃，将氨的流量增加1.3倍后，开启热交换机，等待1～2小时后，此时注意观察接在排气管上的玻璃是否有气泡溢出，以确认炉内是正压，等候导入炉中的氨气安定后，即可减少氨的流量至保持炉中正压为止，当炉温下降到150℃以下时，即使用前面所述S21，导入空气或氛气后方可启开炉盖，实现将加工后的钢材料取出；
S4、喷洒氮化改性粉：将冷却后的钢材料通过喷播机在钢材料各个端面均匀喷洒氮化改性粉，实现增强刚材料的表面硬度；
S5、回火；
S51、将钢材料再次放入排除空气后的渗氮炉；
S52、使用渗氮炉对钢材料进行回火，回火温度调节至700～900℃，优选温度为893℃，氮化时间为2～3小时，优选时间为2.5小时，实现钢材料喷洒氮化改性粉后，氮化改性粉与钢材料快速融合，形成增强钢材料硬度的金属原子；
S53、第一次退火700℃～760℃，优选温度为750℃，保温2～3小时空冷，优选时间为2.1个小时，实现氮原子在钢材料中迅速扩散，减少氮化时间，能够有效的承受较大的接触应力和较高的高的冲击载荷；
S54、第二次退火450℃～500℃，优选温度为460℃，保温2～2.5小时空冷，优选时间为2个小时，实现增强钢材料硬度的金属原子对钢材料表面硬度进行二次强化；
S6、冷却：待再次钢材料氮化完成后，关闭加热电源；
S7、出炉。
氮化改性粉包括硅粉、铬粉、矾粉、钼粉和铌粉中的两种或多种组合，第一种组合为硅粉和铬粉，述硅粉和铬粉的重量配比为3:1，允许误差范围控制在1％～2.6％。
第二种组合为矾粉、铬粉和铌粉，矾粉、铬粉和铌粉的重量配比为5:3:2，允许误差范围控制在0.7％～3％。
第三种组合为钼粉、矾粉、硅粉和铌粉，矾粉、铬粉和铌粉的重量配比为1：3：2：3，允许误差范围控制在2％～5％。
实现在钢材料结合的过程中，增强钢材料表面的硬度，有效缩短钢材料氮化时间，增强钢材料氮化过程中的稳定性，能够承受较大的接触应力和较高的高的冲击载荷。
参图2所示，喷播机包括喷头组件1，喷头组件1包括管道6，管道6上端面连接有料管5，管道6的一侧端面固定连接有气管4，管道6下端面连接有喷头2，喷头2上开设有多个喷孔3。
参图2所示，现有技术中喷播机的喷头的喷孔较大，无法均匀的对钢材料各个端面进行全方位的喷涂，使用时将喷头组件1安装在喷播机上，将喷头组件1对准需要喷播的钢材料，通过喷头2上的喷孔3能够实现喷播机对加工钢材料进行喷播氮化改性粉时，可以均匀的喷涂在钢材料的各个端面。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明实现钢材料在氮化的过程中可以减少钢材料氮化的生产周期，增强钢材料表面硬度，操作简单，提高生产效率，极大程度上减少钢材料氮化的过程中出现硬度不合格的产品，并且能够有效的承受较大的接触应力和较高的冲击载荷。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，包括下述步骤；
S1、清洗：将钢材料进行表面清洗，使用磷酸皮膜对钢材料进行表面处理；
S2、淬火氮化：排除渗氮炉空气，使用渗氮炉对钢材料进行淬火，淬火温度调节至460～590℃，氮化时间为4～5小时；
S3、冷却：待钢材料氮化完成后，关闭加热电源，在渗氮炉内导入空气后，开启炉盖；
S4、喷洒氮化改性粉：将冷却后的钢材料通过喷播机在钢材料各个端面均匀喷洒氮化改性粉；
S5、回火氮化：将钢材料再次放入排除空气后的渗氮炉，使用渗氮炉对钢材料进行回火，回火温度调节至700～900℃，氮化时间为2～3小时，第一次退火700℃～760℃，保温2～3小时空冷，第二次退火450℃～500℃，保温2～2.5小时空冷；
S6、冷却：待再次钢材料氮化完成后，关闭加热电源；
S7、出炉。
2.根据权利要求1所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述氮化改性粉包括硅粉、铬粉、矾粉、钼粉和铌粉中的两种或多种组合。
3.根据权利要求2所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述氮化改性粉包括硅粉和铬粉，所述硅粉和铬粉的重量配比为3:1。
4.根据权利要求2所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述氮化改性粉包括矾粉、铬粉和铌粉，所述矾粉、铬粉和铌粉的重量配比为5:3:2。
5.根据权利要求1所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述S2中氮化时间优选时间为4.5小时。
6.根据权利要求1所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述S5中回火温度优选温度为893℃。
7.根据权利要求1所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述S5中第一次退火保温空冷时间优选为2.1小时。
8.根据权利要求1所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述喷播机包括喷头组件，所述喷头组件包括管道。
9.根据权利要求8所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述管道上端面连接有料管，所述管道的一侧端面固定连接有气管。
10.根据权利要求8所述的一种钢材料氮化表面改性方法，其特征在于，所述管道下端面连接有喷头，所述喷头上开设有多个喷孔。
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