[發明專利]熱處理鋼構件的方法及鋼構件

在審

• 申請號: 201910653640.5
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN110241378A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: S.拉森;W.戴特查里;I.弗洛德斯特羅姆;P.紐曼
• 申請（專利權）人: SKF公司
• 主分類號: C23C8/32
• 分類號: C23C8/32;C21D1/18;C21D1/06;F16C33/62;F16C33/34;F16C33/32
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 蘭恭濱

一種熱處理鋼構件(34，36，38，40)的方法，其包括以下步驟：a)對所述鋼構件(34，36，38，40)進行碳氮共滲；以及b)對所述鋼構件(34，36，38，40)進行鐵素體氮碳共滲。

本申請是申請日為2013年8月19日、申請號為201380042740.5和名稱為“熱處理鋼構件的方法及鋼構件”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種用于熱處理鋼構件(steel component)的方法和已經經歷該方法的鋼構件。

背景技術

碳氮共滲(carbonitriding)是一種冶金學表面修飾技術，其用于增加金屬構件的表面硬度，從而減少使用過程中對構件的磨損。在碳氮共滲過程中，碳和氮的原子間隙式地擴散進入(diffuse interstitially into)金屬中，從而形成滑移障礙并且增加近表面(通常是0.1～0.3mm厚的層)的硬度。碳氮共滲通常在850～860℃的溫度下進行。

通常碳氮共滲用于改進具有中碳鋼或低碳鋼而非高碳鋼的鋼構件的耐磨性(wearresistance)。盡管包含高碳鋼的鋼構件強度更好，但是已經證實它們在某些應用中更容易裂化。構件例如可以應用于常見的骯臟環境，在該骯臟環境中潤滑油容易被污染，例如在齒輪箱中，并且構件的使用壽命在這種條件下會顯著縮短是眾所周知的。換句話說，潤滑劑中的顆粒能夠例如在齒輪箱的各種移動部件之間進入，并在它們的接觸表面上形成凹口(indentation)。應力在這些凹口的邊緣周圍富集并且這些接觸應力富集最終可能導致疲勞裂紋。使用這種方式損傷的構件還可能造成由所述構件產生的噪音增加。

鐵素體氮碳共滲(ferritic nitrocarburizing)是一種表面硬化工藝，其中向鐵金屬(ferrous metal)的表面提供氮和碳。鐵素體氮碳共滲通常在525～625℃的溫度下進行，并產生由陶瓷型鐵-碳氮化物層(化合物層)和底部擴散區域組成的薄的硬表面，其中氮和碳溶解于基體中。最通常的是，對低碳的、低合金的鋼使用鐵素體氮碳共滲。

發明內容

本發明的目的是提供用于熱處理鋼的改進方法。

這一目的通過包括以下步驟的方法得以實現：a)對鋼構件進行碳氮共滲，和b)對鋼構件進行鐵素體氮碳共滲，其中優選這些步驟依次進行。

使用方法改變了鋼構件表面的顯微結構，改進其耐磨性、耐蝕性、承重能力、表面硬度、型芯硬度(core hardness)、化合物層厚度、抗摩擦磨損性(abrasive wearresistance)、耐粘附磨損性(adhesive wear resistance)、和/或耐疲勞性，并增強了其釋放在表面上任何凹口的邊緣處應力集中的能力。

經歷所述方法的鋼構件的表面可具有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度，取決于所使用的鋼的類型。相比于現有技術，經歷所述方法的高碳鋼構件的表面和型芯的硬度均大于包含具有低碳含量的鋼的已知構件的硬度。作為結果，改進了滾動接觸的耐磨性和疲勞強度。此外，會增加鋼構件例如軸承的荷重能力，由此軸承可以是為具體應用的更小構造(construction)。還增加了滾動接觸的耐疲勞性，使得可以延長鋼構件的使用壽命。此外，沒有發現現有技術中所記載的經裂化導致的缺點。

所述鋼構件可以具有厚度為10–20μm的化合物層，該厚度是從鋼構件的表面測得的。

根據本發明的一種實施方式，在500～700℃的溫度下、優選低于590℃的溫度下實施步驟b)。這種低工藝溫度導致鋼構件微小的形狀畸變，這意味著后研磨(post-grinding)是沒有必要的。因此，該方法是提高鋼構件耐磨性和耐蝕性的成本有效的方式。

根據本發明的一種實施方式，可以使用氣體、鹽浴、離子或等離子體或流化床鐵素體氮碳共滲實施步驟b)。