[發明專利]一種鋼制加工件表面滲碳氮化處理方法

無效

• 申請號: 201310342343.1
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103361594A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 杉山輝陽;野口奉夫;劉其城
• 申請（專利權）人: 湖南特科能熱處理有限公司
• 主分類號: C23C8/32
• 分類號: C23C8/32;C23C8/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種機械部件的表面硬化處理方法，尤其涉及一種機械部件的表面滲碳氮化處理方法。

背景技術

現有滲碳處理方法中的真空滲碳法是讓被處理鋼制加工件在真空爐中加熱升溫到規定的滲碳溫度并使之保持均熱后，往加熱室導入作為滲碳氣體使用的甲烷、丙烷、丁烷等氣態的飽和碳氫化合物（飽和烴），再使其熱分解，使由此產生的活性碳侵入到作為被處理物的鋼制加工件的表面。與現有的氣體滲碳技術相比較，真空滲碳法具有能夠高溫短時間處理、無需變質爐、氣體環境管理簡便、基本不發生粒子氧化、可進行斷續操作等優點。

另一方面，使用飽和碳氫化合物氣體作為滲碳介質的真空滲碳法容易導致雜質的產生，因此，出現了采用不飽和碳氫化合物氣體（例如乙炔、乙烯等鏈狀不飽和烴）取代甲烷、丙烷等飽和烴作為滲碳介質的真空滲碳法。然而，由于乙炔、乙烯等鏈狀不飽和碳氫化合物的化學穩定性不如飽和碳氫化合物，不飽和碳氫化合物氣體的熱分解較滲碳反應將會更加強烈，且同樣會產生雜質，因此，傳統的觀念認為，不飽和碳氫化合物氣體不適宜作為滲碳介質。而作為滲碳介質的不飽和碳氫化合物氣體，加上供給作為氮素源的氨氣，雖然可同時實現在加工件表面滲碳和滲入氮素，但由于真空滲碳法中的爐內壓力過低使得作為氮素源的氨氣的供給在技術上變得更加困難；而且，在真空條件下，在滲碳氮化之后降溫到淬火溫度、并保持在淬火溫度的這一區間，滲入的氮素會發生逃逸現象，這使得滲碳和氮化的同時處理在工業應用上變得更加困難。

此外，真空滲碳氮化法是把加熱室設定在1kPa以下的真空狀態下進行加熱及滲碳，因此爐體需要有高度的密封構造，這在提高了設備成本的同時，因為爐內的氛圍氣體不發生對流，當加工件以高密度裝入爐內進行加工時，不僅升溫速度較慢，而且加工件僅僅通過發熱體的熱輻射吸收熱量，裝爐時加工件所處位置的不同很容易導致溫度不均的現象發生。

如何開發一種綜合效果更好的同時進行滲碳氮化的處理方法，這成為本領域技術人員長期面臨的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種設備簡單、投入小、升溫效率高、產品質量好的鋼制加工件表面滲碳氮化處理方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種鋼制加工件表面滲碳氮化處理方法，包括以下步驟：將鋼制加工件裝入加熱室中，先抽真空再通入氮氣，使鋼制加工件處于氮氣氣氛中，爐內氣氛壓強控制在110Torr以上，然后加熱使鋼制加工件達到滲碳氮化溫度，保持前述爐內壓強，并間隔性地通入不飽和烴氣體和氨氣進行高溫滲碳氮化，高溫滲碳氮化完成后降溫到淬火溫度（此處的降溫包括維持溫度不變，即高溫滲碳氮化與淬火保溫可在相同溫度下進行），然后進行淬火保溫及淬火冷卻，最后完成對鋼制加工件表面的滲碳氮化處理。（在擴散、降溫和保溫淬火階段仍然需要通入不飽和烴氣體和氨氣）。

本發明提出的上述技術方案中，通過間隔性地供給滲碳用鏈狀不飽和烴氣體，使加工件表面的碳素滲入和（滲入）表面碳素的內部擴散過程能夠反復交替地進行，這樣便可有效克服由于碳濃度過高所急劇產生的滲碳體煤的沉淀問題；通過間隔性地供給氮化用氨氣（氮素源），使加工件表面的氮素滲入和（滲入）表面氮素的內部擴散過程也能夠反復交替地進行，相比連續供給的情況，由于氨氣是間隔性供入，這樣氨氣的濃度會在短時間內升高，氮化速度也會提升，氮化不均的情況會明顯減少。另外，氨氣通入的時間點、時間間隔和通入量不必與鏈狀不飽和烴氣體完全一致。

上述本發明的技術方案中，所述高溫滲碳氮化過程優選包括前段的滲碳氮化階段和后段的擴散階段。在該優選的技術方案中，高溫滲碳氮化階段結束后即轉入到后續的擴散階段，再降溫到淬火溫度進行后續的淬火保溫和淬火冷卻。至于滲碳氮化階段和擴散階段的劃分，通常可將擴散階段的耗時設定為與滲碳氮化階段的耗時大致相同，也可將擴散階段的耗時適當縮短。當然，在設計的加工件滲碳層深度較淺的情況下，也可不設置擴散階段，直接在滲碳氮化階段結束后降溫到淬火溫度。