[其他]最優(yōu)擴(kuò)散條件動(dòng)態(tài)可控滲氮技術(shù)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85100540
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN85100540A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘健生;胡明秀;白英彩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C8/26
• 分類號(hào): C23C8/26
• 代理公司: 上海交通大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟

所屬技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬黑色金屬材料表面化學(xué)熱處理，本發(fā)明是一種氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)可控滲氮技術(shù)，在滲氮過程中，使?fàn)t氣的氮?jiǎng)莞檮?dòng)態(tài)控制按一定規(guī)律逐漸由高而低地連續(xù)變化。

背景技術(shù)：普通的滲氮方法采用低的氨分解率（高氮?jiǎng)荩┻M(jìn)行滲氮處理，在鋼鐵表面形成化合物層（又稱白層），滲層脆性大。已有技術(shù)的可控滲氮方法雖然可以抑制滲氮層的脆性，但是存在滲氮速度和有效硬化層深度降低及重現(xiàn)性不良的缺點(diǎn)，成為可控滲氮長(zhǎng)期未獲解決的兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。

T·Bell在《Heat????treatment′73》發(fā)表了《氨-氫混合氣體控制滲氮》的論文，該文指出可以通過降低氮?jiǎng)荩瑴p少白層的厚度，并提出了形成白層的氮?jiǎng)蓍T檻值的概念，他所采用的可控滲氮方法在整個(gè)滲氮周期中氮?jiǎng)莶浑S時(shí)間而變化（氮?jiǎng)莺愣ㄖ悼刂疲S著氮?jiǎng)菘刂浦到档停m可使白層厚度減少，如表（1），但滲氮速度和有效硬化層深度也隨之下降，見圖（1）（圖中橫坐標(biāo)是層深，縱坐標(biāo)是顯微硬度，A、B、C、D是與表（1）對(duì)應(yīng)的工藝號(hào)）。

表（1）白層厚度與氮?jiǎng)菘刂浦档年P(guān)系（氮?jiǎng)莺愣ㄖ悼刂疲?/p>

按門檻值控制如圖（1）曲線C，雖可獲得脆性最小的無白層滲氮層，但有效硬化層深度明顯小于普通滲氮如圖（1）曲線A，因此T.Bell未能在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)無白層滲氮處理，他在生產(chǎn)中采用的可控滲氮方法只能做到將白層厚度控制在5微米以下，仍然需要在滲氮后對(duì)零件的關(guān)鍵部位進(jìn)行手工研磨，以去除該處表面的白層。T.Bell的可控滲氮技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是重現(xiàn)性不良，其原因在于他忽視了傳遞系數(shù)和具體的滲氮爐有關(guān)。T.Bell于一九八三年十一月在上海召開的第三屆國(guó)際材料熱處理年會(huì)上發(fā)表的總結(jié)性論文仍然重提了上述結(jié)果，并未提出進(jìn)一步的改進(jìn)。

A.B.Bucklye和V.Murawa在《Heat????Treatment????Of????Metals》（1983.NO.3）發(fā)表論文，他們用微處理機(jī)按預(yù)定程序進(jìn)行溫度和氮?jiǎng)莸淖詣?dòng)控制，在每個(gè)滲氮階段中氨的控制值是固定的。這種方法雖然應(yīng)用了微機(jī)，但其本質(zhì)上仍然屬氮?jiǎng)莺愣ㄖ悼刂疲虼艘膊豢赡芸朔胀B氮及T.Bell的可控滲氮方法的缺點(diǎn)。я.g.KoiaH等在《MиTOM》（84.NO.1）提出了一種預(yù)測(cè)白層與擴(kuò)散層深度的方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)純鐵、40Cr、38CrMoAl鋼在溫度及氮?jiǎng)莺愣ǖ臈l件下進(jìn)行氣體滲氮的電子計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)（預(yù)測(cè)滲氮層各層的深度），他們的方法也屬于氮?jiǎng)莺愣ㄖ悼刂频姆懂牎?/p>

本發(fā)明的目的：本發(fā)明的目的在于克服以傳統(tǒng)的氮?jiǎng)莺愣ㄖ悼刂频娜秉c(diǎn)，解決可控滲氮技術(shù)中長(zhǎng)期存在的技術(shù)關(guān)鍵，得出一種既能有效地控制滲氮層表面的相組成，降低滲氮層脆性，又能保持高的滲氮速度，有效硬化層深度與普通滲氮相當(dāng)以及具有良好重現(xiàn)性的動(dòng)態(tài)可控滲氮技術(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容：本發(fā)明是一種氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)控制的可控滲氮技術(shù)。被處理的滲氮零件放入帶有密封爐罐的氣體滲氮爐內(nèi)，用氨氣為原料氣，分兩路通入滲氮爐內(nèi)，其中一路經(jīng)過預(yù)分解爐起載氣的作用，另一爐直接通入爐內(nèi)起“富化氣”的作用，調(diào)節(jié)后者的流量可調(diào)節(jié)爐內(nèi)的氮?jiǎng)荨Ｓ脽釋?dǎo)儀或水測(cè)法測(cè)定爐內(nèi)的氮?jiǎng)荩瑢y(cè)量結(jié)果與氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)控制曲線進(jìn)行比較，并及時(shí)調(diào)節(jié)未分解氨的加入量以消除實(shí)際氮?jiǎng)菖c最優(yōu)擴(kuò)散條件氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)控制曲線之間的偏差，在整個(gè)滲氮過程中爐氣的氮?jiǎng)莞檮?dòng)態(tài)控制曲線逐漸由高而低地變化。使得被處理零件表面的含氮量在滲氮初期就達(dá)到臨界值，并在以后整個(gè)滲氮過程中始終保持一種動(dòng)態(tài)平衡，保證從氣相滲入工件表面的氮流量與從工件表面向內(nèi)擴(kuò)散的氮流量始終相等，從而使工件表面的含氮量既不再升高，也不會(huì)降低，始終保持在臨界值的水平上，這種動(dòng)態(tài)可控滲氮工藝氮?jiǎng)葑兓奶卣魅鐖D（2）所示。（圖中（a）為按最優(yōu)擴(kuò)散條件得出的氮?jiǎng)菘刂魄€，r＝，稱為氮?jiǎng)荩瑀_c稱為臨界氮?jiǎng)荩╞）為滲氮層隨時(shí)間t變化的規(guī)律，t₁＜t₂＜t₃＜t₄）用這種動(dòng)態(tài)控制技術(shù)一方面使工件表面始終不出現(xiàn)白層;另一方面又保證滲氮層表面固溶體內(nèi)氮濃度始終處于飽和狀態(tài)，即保持最優(yōu)擴(kuò)散條件。因此動(dòng)態(tài)可控滲氮技術(shù)既能有效地降低滲氮層脆性又能保持高的滲氮速度，并在工業(yè)生產(chǎn)中具有良好的重現(xiàn)性。

實(shí)施本發(fā)明必須按最優(yōu)擴(kuò)散條件可控滲氮數(shù)學(xué)模型得出氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)控制曲線，計(jì)算公式如下：