[發明專利]中、低碳合金結構鋼兩段快速氣體氮化方法

無效

• 申請號: 201410020095.3
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103774086A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 傅萬堂;周澤安;王博;呂知清;王振華;時鐘平;曲明貴;孫淑華
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C23C8/26
• 分類號: C23C8/26
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及金屬表面化學熱處理方法，特別是對中、低碳合金結構鋼表面的表面化學熱處理方法。

背景技術

常用軸類、齒輪等結構件在實際應用時常需要氮化處理以提高其表面硬度、耐磨及抗疲勞性能等。常規的氣體氮化工藝時間很長，一般都在幾十甚至上百小時，氮化層深度較淺，無法滿足某些大尺寸零件的承載能力要求，并且對于模數較大的齒輪件會產生疲勞點蝕甚至剝落。另一方面，常規氣體氮化方法在某些具有長孔、盲孔或狹縫零件上的應用仍受到限制，無法滿足孔或縫的內側面的耐磨性需求。

為了獲得更好的氮化效果，許多研究工作者改進了氮化工藝，提出了稀土催滲、表面預氧化氮化、表面納米化氣體氮化工藝等，但上述氮化工藝的共同點是：氮化速率并未得到實質性提高，以至于仍然難以實現氮化層的快速增厚。

發明內容

本發明目的在于提供一種工藝簡單、成本低、能夠提高氮化速率、增加氮化層的厚度和均勻性的中、低碳合金結構鋼兩段快速氣體氮化方法。本發明主要是采用兩步法通過改變溫度和壓力共同控制氮勢進行氮化處理，在中、低碳合金結構鋼表面形成氮化層。

本發明的技術方案如下：

（1）將中、低碳合金結構鋼工件置于專利名稱為“一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置”專利號為201210530358.6的固溶氮化爐中，排盡空氣并將爐溫升高至500～530℃，通入NH₃至爐內壓力到0.1～0.5MPa，控制NH₃分解率在15～30%，進行1～10小時的第一段氣體氮化處理；

（2）繼續升高爐溫至530～580℃，并重新調解爐內壓力到0～0.05MPa，控制NH₃分解率在40～60%，進行1～10小時的第二段氣體氮化處理，爾后在NH₃中隨爐冷卻至150℃以下或直接油冷。

第一段氮化中選取較低的氮化溫度和較高的壓力均保證了較低的NH₃分解率，顯著提高工件表面氮勢，促進零件表面N原子的吸附，提高N活度、界面反應速度及孔類與狹縫的氮化能力，該階段氮化過程中大量氮原子堆積于工件表面，并快速形成富氮層；第二階段氮化屬于擴氮階段，更高的氮化溫度和較低的壓力將促進N的擴散并起到一定的退氮作用，減慢了富氮相的生長速度，甚至使富氮相部分分解，減小了富氮相對氮化過程中氮原子進入表層的阻礙作用，N擴散速度及氮化層深度均增加且表層脆性得到改善。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、工藝簡單、成本低。

2、大幅度提高中、低碳合金結構鋼的氮化速率。

3、能夠增加氮化層的厚度和均勻性，降低工件表面氮化層的脆性。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的兩段氣體氮化工藝曲線圖。

圖2是本發明實施例2的兩段氣體氮化層的微觀組織圖。

具體實施方式

實施例1：

將42CrMo鋼加工成薄板懸掛于專利名稱為“一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置”、申請號為201210530358.6的固溶氮化爐中，排盡空氣并將爐溫升高至500℃，通入NH₃至爐內壓力為0.25MPa，控制NH₃分解率為15～20%，進行第一段氣體氮化處理10小時，繼續升高爐溫至560℃，并重新調解爐內壓力到0MPa，控制NH₃分解率在50～60%，進行第二段氣體氮化處理10小時，隨后直接油冷。經測試所得氮化層厚度可達600μm以上，表層硬度可達750Hv。兩段氣體氮化工藝曲線如圖1所示。

實施例2：

將20CrMnTi鋼加工成薄板懸掛于專利名稱為“一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置”申請號為201210530358.6的固溶氮化爐中，排盡空氣并將爐溫升高至530℃，通入NH₃至爐內壓力為0.1MPa，控制NH₃分解率為20～30%，進行第一段氣體氮化處理5小時，繼續升高爐溫至580℃，并重新調解爐內壓力到0.05MPa，控制NH₃分解率在50～60%，進行第二段氣體氮化處理5小時，隨后直接取出工件油冷。經測試，所得氮化層厚度可達300μm以上，表層硬度可達650Hv以上，如圖2所示。

實施例3：

將38CrMoAl鋼加工成薄板懸掛于專利名稱為“一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置”申請號為201210530358.6的固溶氮化爐中，排盡空氣并將爐溫升高至520℃，通入NH₃至爐內壓力為0.5MPa，控制NH₃分解率為15～20%，進行第一段氣體氮化處理1小時，繼續升高爐溫至530℃，并重新調解爐內壓力到0MPa，控制NH₃分解率在40～50%，進行第二段氣體氮化處理1小時，隨后通NH₃爐冷至100℃取出工件。按照本實施例方法所得氮化層厚度可達200μm，表層硬度可達1050Hv。