一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法，包括步骤：将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，通入氢气进行离子溅射，继续通入氮气；待温度升到氧化温度关闭氮气和氢气阀门，通入空气；关闭空气阀门，开启氮气和氢气阀门，进行离子渗氮；冷却到室温后将试样取出。本发明专利技术的有益效果是：离子氮化前增加氧化处理过程，在材料表面生成致密的氧化层，增加表面自由能，消除了疏松，提高了42CrMo表面硬度、耐磨性及其工件的等级精度，氮化疏松级别从原先4级提高为1级；操作简单，预氧化介质为空气，而且氧化温度较低，降低了能源的消耗。

Heat treatment method for efficiently controlling nitrided porous layer formed by ion nitriding

Heat treatment method, the present invention relates to an efficient control of nitride layer formed by ion nitriding comprises the steps of: 42CrMo gear in ion nitriding furnace, by hydrogen ion sputtering, continue adding nitrogen; when temperature rises to close the oxidation temperature of nitrogen and hydrogen into the air valve, turn off the air valve opening; nitrogen and hydrogen valve for ion nitriding; cooling to room temperature after the specimen removed. The beneficial effect of the invention is: to increase the oxidation process of ion nitriding, in the oxidation of material surface density, increase surface free energy, eliminate loose, improve the surface hardness and wear resistance of 42CrMo and the level of precision of workpiece, loose from the original 4 nitride level increased to 1 level; simple operation, pre oxidation the medium is air, and the oxidation temperature is low, energy consumption is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法
本专利技术属于金属表面化学热处理技术，涉及一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法。
技术介绍
齿轮具有良好的综合性能，为满足其表面耐磨性能，通常采用渗氮方法，主要有：(1)离子渗氮；(2)盐浴渗氮；(3)气体渗氮等。离子渗氮化学热处理中开发最早、应用范围最广的一项技术，具有渗层均匀，效率高，污染少，处理时间短，工件变形小等优点而被广泛使用，已成为许多产品零件不可或缺的表面强化工艺。为了提高齿轮表面的硬度及耐摩性，现阶段国内通常使用离子渗氮作为提高齿轮表面性能的有效热处理方法，但由于离子渗氮工艺不当，氮化层中普遍存在严重疏松现象，严重降低了42CrMo氮化层的表面硬度和耐磨性能，同时还降低了其表面的粗糙度，影响了42CrMo使用过程中的接触疲劳强度。为了克服以上缺陷，实际生产中一般采多次返工处理等方法，但其返工合格率较低，处理成本较高等不足之处。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于上述问题，本专利技术提供一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法。本专利技术解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法，包括以下步骤：(1)将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，抽真空至小于10Pa，调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉，通入氢气进行离子溅射10min，继续通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温；(2)待温度升到氧化温度250～350℃时，关闭氮气和氢气阀门，通入空气，空气流量为3～5L/min，炉内气氛压力为50～150Pa，保温时间为0.25～1h；(3)关闭空气阀门，开启氮气和氢气阀门，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮，渗氮气氛压力为300～400Pa，保温时间为10h；(4)离子氮化后逐渐减少氢气的流量至零，将电压、电流表示数调为零，通入适量氮气冷却，冷却到室温后将试样取出。进一步地，步骤(2)中空气流量为4L/min，炉内气氛压力为100Pa，保温时间为0.5h。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术弥补了离子渗氮的不足之处，离子氮化前增加氧化处理过程，在材料表面生成致密的氧化层，增加表面自由能，提高了工件表面的氮含量使离子氮化后的金相组织中消除了疏松，提高了42CrMo表面硬度、耐磨性及其工件的等级精度，彻底解决了疏松可能带来的一系列质量问题，进一步提高了渗氮层的综合性能氮化疏松级别。根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化疏松级别从原先4级提高为1级。(2)本专利技术不用添加任何辅助设备，操作简单，预氧化介质为空气，而且氧化温度较低，降低了能源的消耗，具有处理成本低和生产效率高等优点；氧化与离子渗氮连续进行，并且在同一离子渗氮炉内，相比现有的氧化技术，该技术操作简单易行。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是对比例中得到的模具的金相组织图；图2是实施例中得到的模具的金相组织图。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。对比例将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，抽真空至小于10Pa，调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉，通入氢气进行离子溅射10min，继续通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温。待温度达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮，渗氮气氛压力为350Pa，保温时间为10h。离子渗氮结束后，关闭氮气和氢气阀门。待温度降到室温后取出试样，最后进行金相组织评判。实验结果：见图1，从图中可得出氮化层中疏松层较为严重，根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化疏松级别可评判为4级。实施例将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，抽真空至小于10Pa，调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉，通入氢气进行离子溅射10min，继续通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温。待温度升到氧化温度350℃时，关闭氮气和氢气阀门，通入空气，空气流量为4L/min，炉内气氛压力为100Pa，保温时间为0.5h。关闭空气阀门，开启氮气和氢气阀门，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温，待温度达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮，渗氮气氛压力为350Pa，保温时间为10h。离子渗氮结束后，关闭氮气和氢气阀门。待温度降到室温后取出实验试样，最后进行金相组织评判。实验结果：见图2，从图中可得出氮化层中无疏松现象，彻底解决了疏松可能带来的一系列质量问题，根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化疏松级别可评判为1级。由此可知，齿轮材料42CrMo离子氮化前增加氧化处理可高效控制氮化层疏松级别。表1对比例与实施例工艺生成的疏松层对比由表1可知，齿轮材料42CrMo离子氮化前，预先对起设定氧化温度350℃，氧化时间为0.5h，氧化后对其在560℃离子渗氮10h。离子渗氮处理后，其氮化层中无疏松现象，进而避免了氮化层中疏松现象，提高了42CrMo表面硬度、耐磨性及其工件的等级精度，彻底解决了疏松可能带来的一系列质量问题，根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化疏松级别从原先4级提高为1级。本专利技术不用添加任何辅助设备，操作简单，预氧化介质为空气，而且氧化温度较低，降低了能源的消耗，具有处理成本低和生产效率高等优点；氧化与离子渗氮连续进行，并且在同一离子渗氮炉内，相比现有的氧化技术，该技术操作简单易行。以上述依据本专利技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项专利技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项专利技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法，其特征是：包括以下步骤：(1)将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，抽真空至小于10Pa，调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉，通入氢气进行离子溅射10min，继续通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温；(2)待温度升到氧化温度250～350℃时，关闭氮气和氢气阀门，通入空气，空气流量为3～5L/min，炉内气氛压力为50～150Pa，保温时间为0.25～1h；(3)关闭空气阀门，开启氮气和氢气阀门，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温达到渗氮温度560℃时开始计时进行离子渗氮，渗氮气氛压力为300～400Pa，保温时间为10h；(4)离子氮化后逐渐减少氢气的流量至零，将电压、电流表示数调为零，通入适量氮气冷却，冷却到室温后将试样取出。

【技术特征摘要】
1.一种高效控制离子渗氮形成的氮化疏松层的热处理方法，其特征是：包括以下步骤：(1)将42CrMo齿轮放入离子渗氮炉中，抽真空至小于10Pa，调节电压为最大值、缓慢调节电流数值直至起辉，通入氢气进行离子溅射10min，继续通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：3，继续升温；(2)待温度升到氧化温度250～350℃时，关闭氮气和氢气阀门，通入空气，空气流量为3～5L/min，炉内气氛压力为50～150Pa，保温时间为0.25～1h；(3)关闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，钱瀚杨，许仁伟，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32