低压渗碳氮化方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于对放置在保持降低内压力的炉膛（１４）中的钢工件渗碳氮化的方法，其中该工件保持一定的温度等级。本发明专利技术的方法包括第一和第二步骤的交替，只在第一步骤期间，渗碳气体注入到炉膛内，而只在至少两个第二步骤中至少一部分期间，氮化气体注入到炉膛内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于加工钢工件的方法，更具体地说，本专利技术涉及渗碳氮化方 法，即把碳和氣引入钢工件表面上，以提高它们的硬度和疲劳特性。
技术介绍
目前有几种用于渗碳氮化钢工件的方法，这些方法能够把碳和氮引入在工 件表面上，可渗入到数百微米的深度。第一类渗碳氮化方法即所谓的高压渗碳氮化方法，这是由于在整个加工时 间里，容纳要加工工件的炉膛维持在通常接近大气压力的压力。例如，这种方法包括把工件保持在例如大约880° C的温度等级，同时把由甲醇和氨形成 的气体混合物供应给炉膛。渗碳氮化步骤后面接着进行淬火步骤，例如油淬火 以及可能的话使加工工件加工硬化。第二类渗碳氮化方法即所谓的低压或者降低压力渗碳氮化方法，这是由于 包含要处理工件的炉膛维持在几百帕斯卡(几亳巴)以下的压力。第2004/0187966号美国公开文件描述了低压渗碳氮化方法的两个实例。 图1相应于第2004/0187966号美国专利申请的图5(a),示出了在炉膛内 温度变化曲线IO,其中，根据第一实施例的渗碳氮化方法包括实施七个连续步 骤I至VII。要处理的工件受热(步骤I)直到温度等级12，并维持在该温度等 级12(步骤I1)以获得工件的温度补偿。通过把乙烯和氢气混合物注入到炉膛内，在温度等级i2进行渗碳步骤(步骤ni),然后在温度等级i2执行扩散步骤(步骤IV)。炉膛的温度接着降低(步骤V)到温度等级12以下的温度等 级14。通过把氨气注入炉膛内，在温度等级14执行氮化步骤(步骤VI)。工 件最终例如通过油淬火步骤被淬火(步骤VII)。图2相应于第2004/0187966号美国专利申请的图5(b),示出了在炉膛内 温度变化曲线16，其中根据第二实施例的渗碳氮化方法包括实施四个连续步骤i'-iv'。步骤r和ir分别相应于第一实施例的步骤i和n。步骤nr相应于在温度等级18执行的渗碳氮化步骤，在此步骤期间，乙烯、氢气和氨气的气体混合 物被注入到炉膛内。步骤iv'相应于油淬火步骤。第2004/0187966号美国公开文件中描述的第一渗碳氮化方法实例的缺陷在 于，在渗碳温度等级以下的温度等级，在渗碳步骤后执行氮化步骤。总处理时 间因此过长，这使这种方法在工业范围内的应用变得困难。在第2004/0187966号美国公开文件中描述的第二渗碳氮化方法实例的缺陷 是由于渗碳和氮化气体同时注入炉膛内而导致。因此很难精确控制炉膛内的气 体环境，因此也就很难精确和可重复地控制在已处理工件中获得的氮和碳的浓 度分布。
技术实现思路
本专利技术提供一种钢工件的低压渗碳氮化方法，其中该方法能够在已处理工 件中精确和可重复地获得期望的碳和氮浓度分布。本专利技术的另一个目的是提供一种具有与在工业领域中钢工件处理匹配的设本专利技术还旨在提供一种低压钢工件渗碳氮化炉，其中该炉能够在已处理工 件中精确和可重复地获得期望的碳和氮分布。本专利技术的另一个目的是提供一种简单设计的低压渗碳氮化炉。为此，本专利技术提供 一种用于对布置在保持降低内压力的炉膛中的钢工件渗 碳氮化的方法，该工件保持一定的温度等级。该方法包括第一和第二步骤的交 替，只在第一步骤期间，渗碳气体注入到炉膛内，而只在至少两个第二步骤中 至少一部分期间，氮化气体注入到炉膛内。根据实施例，渗碳气体为丙烷或者乙炔，而氮化气体为氨气。根据实施例，中性气体与氮化气体同时注入到炉膛内。根据实施例，在至少第二步骤期间，在比所述第二步骤持续时间较短的时 间里，氮化气体注入到炉膛内，第二步骤的其余过程在中性气体存在下进行。根据实施例，第一和第二步骤在低于1,500帕斯卡的恒定压力下进行。 根据实施例，温度等级范围在800。 C和1050。 C之间。 根据实施例，温度等级高于900。 C。本专利技术还提供一种用于接纳钢工件的渗碳氮化炉，该炉与气体引入和气体 抽取装置连接，被控制成保持降低的内部压力，以及包括用于把该工件保持在 一定温度等级的加热装置。该引入装置包括在所述温度等级下进行第一和第二 步骤的交替期间、用于只在第一步骤引入渗碳气体和只在至少两个第二步骤的 至少一部分期间引入氮化气体的装置。根据实施例，该引入装置包括用于引入中性气体的装置。附图说明在下面连同附图的具体实施例的非限制描述中，将详细论述本专利技术的上述 及其他目的、特征和优点，在这些附图中图1和2，前面描述过，示出了传统的低压渗碳氮化方法的实例； 图3示意地示出了根据本专利技术的低压渗碳氮化炉的实施例； 图4示出了根据本专利技术的低压渗碳氮化方法的实例；图5示出了根据专利技术低压渗碳氮化方法的实例在已处理钢工件中获得的氮 浓度分布实例；图6、7和8分别示出了根据本专利技术的渗碳氮化方法的另外实例和对于这种 渗碳氮化方法而获得的碳和氮浓度分布图；以及图9、 10和11分别示出了根据本专利技术的渗碳氮化方法的另外实例和对于这 种渗碳氮化方法而获得的碳和氮浓度分布图。具体实施例方式本专利技术包括在维持基本恒温的装有待处理钢工件的炉膛内，实施碳富集 步骤以及碳扩散步骤的交替，在实施碳富集步骤期间，渗碳气体在降低压力条 件下被注入到炉膛内；在实施碳扩散步骤期间，渗碳气体注入被间断。本专利技术 包括将碳扩散步骤的全部或者一部分中使用的氮化气体注入到炉膛内。碳富集 步骤然后相应于氮扩散步骤。在至少两个碳扩散步骤的至少一部分期间，即在 两个碳富集步骤之间的碳扩散步骤的至少一部分期间，注入氮化气体。这样处 理的优点是，由于氮化气体注入与渗碳气体注入分开进行，因此这能够精确地 和可重复地控制在已处理工件中获得的碳和氮浓度分布。此外，由于氮化气体 注入在碳扩散步骤期间进行，因此渗碳氮化处理总时间大致与传统的渗碳过程图3示意地示出了根据本专利技术的低压渗碳氮化炉10的实施例。炉IO包括 限定内部炉膛14的密封壁12，其中布置待处理的负载16,该负载通常是布置 在适当支撑物上的大量工件。通过连接到抽取器20上抽气管18,在炉膛14内 维持几百帕斯卡(几毫巴)数量级的真空。注入器22能够以分布方式将气体引 入到炉膛14内。分别由阀门30、 32、 34 36控制的气体入口 22、 24、 26、 28 已经作为实例示出。在炉膛14中的温度可通过加热装置38设定。图4示出了根据专利技术渗碳氮化方法实例的在渗碳氮化循环期间、在图3的 渗碳氣化炉10的炉膛14中温度变化曲线40。该方法包括起始步骤H，该步骤 对应于在装有负载16的炉膛14中直到温度等级44的温度上升阶段42，在该 实例中，温度等级44等于930。 C，并且通常对应于在大约800° C和大约1050 ° C之间的温度范围。步骤H后面进行步骤PH，是在温度等级44下对负载16 的工件进行温度补偿。在中性气体存在下进行步骤H和PH,其中还原气体可 加入到该中性气体中。该中性气体例如为氮气(N2)。例如是氢气(H2)的 还原气体可根据在从中性气体体积的1%到5%范围内变化比例来添加。为了安全，期望的是，把氢气比例限制成低于大约5%，以阻止在氢气偶然接触到周围 空气的情况中产生任何爆炸的危险。步骤PH后面是在此期间将渗碳气体注入炉膛14内的碳富集步骤C1到C4 以及在此期间渗碳气体不再注入炉膛14内的碳扩散步骤D1到D4的交替。例 如，在图4中示出了四个富集步骤C1到C4和四个扩散步骤D1到D4。通过把本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对放置在保持降低内压力的炉膛（１４）中的钢工件进行渗碳氮化的方法，该工件保持一定的温度等级，特征在于，它包括第一和第二步骤的交替，只在第一步骤期间，渗碳气体注入到炉膛内，而只在至少两个第二步骤中的至少一部分期间，氮化气体注入到炉膛内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：让贝利耶，A戈尔德斯坦纳斯，萨菲尔杜索，
申请(专利权)人：机械研究与制造公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]