[其他]深層可控離子滲氮法

在審

• 申請號: 101985000007162
• 申請日: 1985-09-26
• 公開（公告）號: CN1004762B
• 公開（公告）日: 1989-07-12
• 發明（設計）人: 陳秀玉;唐仁光;陳儉康;富志民;陳書貴;康力
• 申請（專利權）人: 機械工業部鄭州機械研究所
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

盡可能地增加其滲氮層深度和抑制表面脆性化合物的產生。本發明通過使用含氮５－５０％的Ｎ₂＋Ｈ₂混合氣，經４５０－５５０℃、５５０－６５０℃、４５０－５５０℃三段共４５－６５小時的輝光離子滲氮，得到０．７－１．０ｍｍ的滲氮層，表面相成分為ｒ′單相化合物或無化合物的純擴散層。

這是屬于輝光離子滲氮化學熱處理領域的發明。

眾所周知，合金結構鋼零件，經過滲氮處理，可以提高疲勞性能，并且增加滲氮層深度，對提高疲勞性能有明顯效果。這對承受較高負荷的傳動件，提高耐用性具有良好的作用。

在100%氨氣氣氛中對鋼制零件進行輝光離子滲氮，通常在工業上獲得廣泛應用的滲氮層深度為0.3-0.5mm，零件表面相成分不能控制，易產生脆性化合物層。如果改變滲氮工藝參數，以求加厚滲層深度，則伴隨著滲氮層深度的增加，表面脆性化合物的比例也會相應增加，擴散層中的脈網狀氮化物也趨于嚴重，使得鋼件在使用過程中表面產生剝落失效的危險加大，以致使某些高負荷零件滲氮后，需磨去表面脆性化合物層才能使用，這勢必增加零件的制造成本與工時。

改用N₂+H₂混合氣作滲氮氣源，雖能控制鋼件表面相成分，抑制脆性化合物，但滲氮層淺，工業上廣泛應用受到限制。

本發明的目的是：在輝光離子滲氮過程中，使用含氮5-50%的N₂+H₂混合氣。經三段滲氮，使鋼件獲得0.7-1.0mm的滲氮層;鋼件表面相成分可以控制，得到r′單相化合物層或無化合物的純擴散層。

本發明使用的鋼材是含有一種或幾種的Cr、Mo、V、W、Ni、Al合金元素的合金結構鋼。上述鋼制零件經調質預處理，獲得所要求的基體硬度和金相組織，然后在輝光離子滲氮爐內進行三段滲氮、第一段滲氮溫度450-550℃，第二段滲氮溫度為550-650℃;第三段滲氮溫度450-550℃。滲氮氣氛為含氮5-50%的N₂+H₂混合氣，滲氮保溫時間45-65小時。

本發明使用的鋼材經相應溫度淬火和回火后，基體中含有一定濃度的合金元素，可以改善滲氮性能，使鋼件滲氮后得到所需要的表面硬度和沿斷面分布的硬度梯度。但回火溫度必須比滲氮溫度高30-40℃，以保證鋼件在長時間滲氮過程中仍然保持原有的基體硬度。

本發明所使用的氮氣和氫氣均經干燥、凈化處理，以去除水分和雜質，防止鋼件表面產生氧化脫碳等缺陷。為了加快氮原子被金屬表面吸收，本發明采用H₂氣加熱升溫，以促進零件表面活化。

本發明是通過下列步驟實施的，其工藝曲線見圖1。

將清洗干凈的鋼件置于輝光離子滲氮爐中，以爐體為陽極，工件為陰極，送直流電起輝，并通入H₂氣升溫。在350-400℃均溫1-2小時，再升溫至450-550℃，關掉H₂氣，改用含氮5-50%的N₂+H₂混合氣，保溫若干小時完成第一段滲氮。繼續升溫，在550-650℃保溫并調整氣氛比例，完成第二段滲氮。然后降溫在450-550℃保溫，并調整氣氛比例，完成第三段滲氮。最后爐冷，完成滲氮的全部工藝流程。在三段滲氮中，據鋼材的化學成分和滲氮階段的實際溫度，調整混合氣的比例，當含氮值在5-50%范圍內變化時，最終滲氮結果，鋼件表面相成分可據需要控制，獲得r′單相化合物層或無化合物的純擴散層。經過45-65小時的保溫，鋼件滲氮層深度為0.7-1.0mm。

本發明操作簡便，工藝穩定，零件變形小。比氣體滲氮可縮短周期30-40%。由于得到0.7-1.0mm的表面為r′單相化合物或無化合物的純擴散層，使鋼件疲勞性能顯著提高，為高精度高負荷抗疲勞的傳動件提供了有效的表面硬化工藝。

實例：