CN1195094C - 复合热处理方法 - Google Patents
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Abstract
复合热处理方法属于热处理技术领域。本发明通过将化学热处理与奥氏体渗氮或奥氏体氮碳共渗技术结合起来进行复合处理方法，先将工件加热至奥氏体状态进行渗碳或碳氮共渗，获得预定的渗层，然后在同炉内将温度降低到奥氏体渗氮温度620～720℃进行渗氮或氮碳共渗处理，使工件表面层奥氏体的氮浓度提高到奥氏体渗氮层的水平，再进行直接淬火并在200～300℃范围内的时效处理或直接进行200～300℃温度区间中的等温淬火。本发明使处理工件兼具奥氏体渗氮淬火时效处理的高硬度(＞900HV)，又具有淬火温度(620～720℃)较低能减少工件变形的显著优越性，同时可以成倍提高奥氏体渗氮的有效硬化层深度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种热处理方法，特别是一种提高奥氏体渗氮/氮碳共渗层深度和减少变形的复合热处理方法，属于热处理技术领域。
背景技术
渗碳或碳氮共渗是钢在奥氏体状态下通过碳或碳和氮的渗入使零件表面改变化学成分和显微组织的表面改性技术，具有高的硬度和耐磨性，硬度最高达56～62HRC，相当于600～750HV。心部获得低碳马氏体(或贝氏体、索氏体)等组织，具有一定韧性，所以已获得广泛应用。但零件表面硬度和耐磨性的提高受到限制，另外由于这些处理(碳氮共渗为840～880℃，渗碳为86～930℃，渗碳后淬火温度为840～860℃)温度较高会使零件发生较大的变形，后续加工量较大。为提高有效硬化层深度，人们不断探索新的工艺方法，经文献检索发现，黄建洪等在《金属热处理》(1998年第三期P33～38)，题为“含氮马氏体及其应用——工艺与讨论”的综述性文章中提到多种复合处理方法，其中渗氮与渗碳复合处理，经氮碳共渗的10钢与580℃氮碳共渗+800℃水淬相比，有效硬化层深从0.09mm提高到0.21mm，总硬化层深度从0.23mm提高到0.40mm。该法是低温氮碳共渗+800℃水淬，且表面有低硬度疏松层，这些处理只可能在薄型冲压件如仪表零件上应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种复合热处理方法，使其能提高奥氏体渗氮/氮碳共渗层深度和减少变形，有机结合并充分发挥各工艺的优点，克服各自缺点达到扬长补短，从而获得优异的性能。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将化学热处理(如渗碳或碳氮共渗)与奥氏体渗氮或奥氏体氮碳共渗技术结合起来进行复合处理方法，先将工件加热至奥氏体状态进行渗碳或碳氮共渗，获得预定的渗层，然后在同炉内将温度降低到奥氏体渗氮温度620～720℃进行渗氮或氮碳共渗处理，使工件表面层奥氏体的氮浓度提高到奥氏体渗氮层的水平，再进行直接淬火并在200～300℃范围内的时效或直接进行200～300℃温度区间中的等温淬火，使高氮奥氏体发生分解，得到高的表面硬度和耐磨性。
以下对发明方法作进一步的描述，具体如下：
(1)工件装炉后在860～930℃温度下渗碳，控制碳势，在达到预定的渗层深度后，随炉降温至620～720℃范围进行奥氏体渗氮，气源为氨气或氨气+氨分解气，控制氨分解率、炉气成分和温度，使工件表面氮浓度达到奥氏体饱和浓度，然后出炉淬油或合成淬火剂，并再进行200～300℃温度范围内的时效处理或直接在这一范围等温淬火。
(2)工件在840～880℃温度下进行碳氮共渗，当深度达预定要求后随炉降温至620～720℃范围内进行奥氏体渗氮，通入氨或氨分解气体，控制氨分解率获得最高氮浓度达到饱和的高氮奥氏体层，并立即淬入油或合成淬火剂中再进行200～300℃内某一温度时效或直接于200～300℃温度下等温淬火处理。
对一些中碳或中碳低合金钢工件，如：45钢、40Cr钢制机床齿轮等工件，先行830～850℃的奥氏体化，并保温一定时间后随炉冷却至600～650℃温度范围中某一温度进行奥氏体渗氮，使用氨气或氨气+氨分解气氛，控制分解率和通入气体的比例，获得最高氮浓度达到饱和的高氮奥氏体层，淬入油或合成淬火剂后于200～300℃区间时效处理或直接在200～300℃之间等温处理。使表面层获得优异性能，心部为索氏体组织，可以取代正火或调质后进行感应淬火的工艺，零件的耐磨性有更大提高。
(4)本发明采用分区段调节气氛和温度的输送带式炉进行，前区段进行渗碳或碳氮共渗，后区段进行奥氏体渗氮，并于炉子淬火口处落入淬火油槽或合成淬火剂槽中，然后取出并进行时效处理或直接作等温淬火处理，对中碳或中碳低合金钢工件则在前区段进行830～850℃的奥氏体化，后区段进行奥氏体渗氮并进行淬火和时效处理或等温淬火。
(5)本发明也可采用周期炉进行，其过程是先施行渗碳或碳氮共渗，然后降至620～720℃施行奥氏体渗氮，并进行淬火和时效或等温淬火。
对前区段和后区段之间或后区段降温至620～720℃范围中进行奥氏体渗氮，或用620～720℃范围的奥氏体氮碳共渗工艺代替。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明使处理工件兼具奥氏体渗氮淬火时效处理的高硬度(＞900HV)，又具有淬火温度(620～720℃)较低能减少工件变形的显著优越性，同时可以成倍提高奥氏体渗氮的有效硬化层深度。
具体实施方式
结合本发明的内容进一步提供以下实施例：
实施例1：纺织机件针筒，外圆φ150mm，内圆φ120mm，高250mm，在外圆周上部沿360°圆周方向均匀分布宽1.5mm，深10mm，长110mm的织针槽，材料20钢，表面硬度＞750HV，渗层深度要求为0.2～0.3mm。
零件在密封井式炉上进行处理，第一阶段为碳氮共渗，渗剂可选用甲醇、丙酮和氨气，温度840℃，1小时后开始降温至620℃，进行奥氏体渗氮3小时，控制氨分解率75％，获得高含氮量的奥氏体层，然后淬入250℃等温淬火槽中停留3小时。工件表面硬度达950HV，渗层深度要求为0.3mm，工件变形满足技术要求，显著提高使用寿命，可由一年提高到三年以上。
实施例2：指甲钳，材料45钢，表面硬度要求＞850HV以上，渗层深度要求为0.1～0.2mm。曾应用渗碳淬火，碳氮共渗后淬火和表面淬火等方法处理，均达不到表面硬度要求，而且由于有些部件两边形状不对称，在淬火冷却中发生变形超差，校正存在大的困难。
零件在能进行分段气氛控制的网带炉中处理：炉前段在800～820℃进行碳氮共渗，渗剂可选甲醇和氨气，时间30分钟，在炉子后段降温至640℃通入氨气进行奥氏体渗氮30分钟后淬入淬火槽(油或水)，然后取出工件在225℃时效处理3小时。工件表面硬度＞850HV，渗层深度为0.15mm，变形明显减小，符合技术要求，已有产品出口。
实施例3：缝纫机曲轴，材料20Cr，要求渗层深度为0.4～0.5mm，表面硬度高于850HV，曾用渗碳处理工件变形超差。用铁素体氮碳共渗则渗层深度达不到要求。
处理在密封箱式炉中进行，前期在900℃进行渗碳，控制碳势0.85～0.90％，时间2h，渗剂采用甲醇+丙酮，渗层检查达要求后降温至720℃通入氨，氨分解率控制85～90％，时间3小时，使工件经处理后获得0.5mm的高氮奥氏体层，随后淬火(油或水)，并在250℃时效3小时。处理后工件表面硬度达900HV。
实施例4：精密机床传动齿轮，材料45钢，但要求传动精度高和寿命长。处理在能进行分段控制炉温和气氛控制的网带炉上处理，前区段进行840℃的奥氏体化，采用甲醇裂解气保护气氛作用，后区段降温至650℃进行奥氏体渗氮，时间3小时，处理结束后淬油并立即在200℃进行5h的时效处理，工件表面硬度＞900HV，深度达0.3mm齿轮变形小，略加研磨后即可装配，这样的齿轮耐磨性好，经长期使用仍能保持高的精度。
实施例5：工业缝纫机螺旋伞齿轮要求良好耐磨性，用一般碳氮共渗处理后易磨损，寿命低，而且因淬火变形大，以致运行时噪声达到85分贝以上。
用井式炉处理，780℃应用甲醇+丙酮+氨进行碳氮共渗，当层深0.25mm时，降温至660℃用甲醇通氨进行奥氏体氮碳共渗，出炉后于300℃等温淬火3小时。工件表面硬度＞900HV，使用寿命提高2倍，噪声降至70分贝。
Claims (6)
1、一种复合热处理方法，其特征在于：通过将化学热处理与奥氏体渗氮或奥氏体氮碳共渗技术结合起来进行复合处理方法，先将工件加热至奥氏体状态进行渗碳或碳氮共渗，获得预定的渗层，然后在同炉内将温度降低到奥氏体渗氮温度620～720℃进行渗氮或氮碳共渗处理，使工件表面层奥氏体的氮浓度提高到奥氏体渗氮层的水平，再进行直接淬火并在200～300℃范围内的时效处理或直接进行200～300℃温度区间中的等温淬火。
2、根据权利要求1所述的这种复合热处理方法，其特征是，工件装炉后在860～930℃温度下渗碳，控制碳势，在达到预定的渗层深度后，随炉降温至620～720℃范围进行奥氏体渗氮，气源为氨气或氨气+氨分解气，控制氨分解率、炉气成分和温度，使工件表面氮浓度达到奥氏体饱和浓度，然后出炉淬油或合成淬火剂，并再进行200～300℃温度范围内的时效处理或直接在这一范围等温淬火。
3、根据权利要求1所述的这种复合热处理方法，其特征是，工件在840～880℃温度下进行碳氮共渗，当深度达预定要求后随炉降温至620～720℃范围内进行奥氏体渗氮，通入氨或氨分解气体，控制氨分解率获得最高氮浓度达到饱和的高氮奥氏体层，并立即淬入油或合成淬火剂中并进行200～300℃内某一温度时效或直接于200～300℃温度下等温淬火处理。
4、根据权利要求1或2或3所述的这种复合热处理方法，其特征是采用分区段调节气氛和温度的输送带式炉进行，前区段进行渗碳或碳氮共渗，后区段进行奥氏体渗氮，并于炉子淬火口处落入淬火油槽或合成淬火剂槽中，然后取出进行时效处理或直接作等温淬火处理，对中碳或中碳低合金钢工件则在前区段进行830～850℃的奥氏体化，后区段进行奥氏体渗氮后淬火并时效处理或等温淬火。
5、根据权利要求4所述的这种复合热处理方法，其特征是对前区段和后区段之间或后区段降温至620～720℃范围中进行奥氏体渗氮，或用620～720℃范围的奥氏体氮碳共渗工艺代替。
6、根据权利要求1或2或3所述的这种复合热处理方法，其特征是采用周期炉进行，其过程是先施行渗碳或碳氮共渗，然后降至620～720℃施行奥氏体渗氮，后进行淬火并时效或等温淬火。
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