齿轮气体碳氮共渗热处理中的内氧化组织消除方法技术

齿轮气体碳氮共渗热处理中内氧化组织的消除方法，其特征在于采用如下措施：　　　　１．１在气体渗碳剂煤油中，加入６～８％的ＣＣｌ↓［４］，在共渗炉内的ＣＣｌ↓［４］分解出新生的Ｃｌ↓［２］，使已形成的合金元素内氧化物还原；　　　　１．２在渗碳剂氨气入共渗炉前，先经过硅胶瓶或桶及粒状氯化钙瓶或桶过滤，吸附掉氨气中的残留水蒸汽，再经过５Ａ分子筛瓶或桶吸附掉氨气中的残留氧；　　　　１．３在靠近共渗炉顶位置的点火管周围缠绕带瓷环的电阻丝，靠电阻丝的付带加热，使排气中的ＮＨ↓［４］Ｃｌ不冷凝结块。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种齿轮气体碳氮共渗热处理中内氧化组织的消除方法，属金属材料的表面化学热处理

技术介绍
齿轮或其他机器零件经过气体CN共渗处理后，表层硬度升高，抗磨损和抗疲劳寿命大幅度增加，但是由20CrMnTi或20CrMo等合金钢做成的齿轮，因入炉的渗剂(氨气、煤油)含有残留水蒸气或残氧，或者因炉内气氛的氧压(PCO2，PH2O)过高，均会使渗层中的Cr、Ti、Mn等对氧亲合力高的合金元素内氧化，这将使渗层的结构中出现脆性的内氧化黑带，这种脆性的内氧化带一旦出现，将使CN共渗层的结构“弱化”，齿轮或其他机器零件的抗磨性和抗疲劳连续工作寿命降低，例如文献[1]提供的试验数据(表1)表明了内氧化组织一旦出现，对CN共渗齿轮弯曲疲劳寿命产生有害的影响。 表1内氧化组织(黑网和黑带)对CN共渗齿轮弯曲疲劳寿命的影响 从表1的试验结果可以看出，少量内氧化组织的出现，对CN共渗齿轮的连续工作寿命均会产生显著的有害影响，使齿轮的弯曲疲劳寿命下降51～74％。 此外，国内外还曾采用过共渗后再加磨削的办法，磨去有内氧化的渗层以消除内氧化层的影响[2、3]，但这种办法是不理想的，因为在磨去内氧化层的同时，也磨去了渗层，使渗层主要部分减薄，从而渗层的有利作用未得到充分发挥，另外共渗后再磨削还增加了齿轮及其他共渗零件的加工成本。 至今，未见与本专利技术相同技术的公开报道。 参考文献[1]长春汽车研究所“金属热处理”，1980年第7期[2]“MиOM“，1971年No.12(俄文) “Met.Trans.”(A).1979年No.11[4]张根元、蔡益新等“碳氮共渗时内氧化的热力学分析”，金属热处理，2001年No.5
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种齿轮气体碳氮共渗热处理中内氧化组织的消除方法。 针对气体CN共渗中出现内氧化组织的原因在于共渗炉内气氛中氧压过高的原因，本专利技术采取如下措施消除内氧化组织(1)、气体CN共渗所用的氨气，入炉前先经过如下的过滤处理 上述过滤处理工序中，硅胶和氯化钙主要起过滤掉氨气中水份的作用，而5A分子筛(市场购买)主要起过滤掉氨气中残留氧的作用；(2)、为使内氧化组织完全不出现，除了在共渗炉内制造C、N共渗的气氛外，还应付加地制造还原气氛，使已形成的合金元素内氧化物还原。为此，需在渗碳剂(煤油)中添加还原剂CCl4，添加量为6～8％，采用CCl4作还原剂的优点是在共渗炉的高温下，CCl4不仅能离解出活性氯，使内氧化物还原，而且CCl4中离解出的碳，还可作为渗碳剂。CCl4存在时，在共渗炉内所发生的化学反应如下 ……(3) ……(5)……(6)……(7)……(8)在共渗过程中，若因氧压过高而按反应(1)和(2)形成合金元素的内氧化物时，则因有CCl4和NH3的存在，CCl4和NH3将按反应式(3)、(4)、(5)分解出新生还原剂Cl2和HCl两种气体，所生成的内氧化物将按反应(6)和(7)转化成氯化物，氯化物再按反应(8)转化成合金元素的氮化物。 (3)、在煤油中加入6到8％的CCl4时，即使是在煤油滴注口与氨气进口分开的情况下，在炉内温度(860～880℃)下，仍有部分未分解完的NH3，此残留NH3将与按反应式(5)生成的HCl气体化合生成NH4Cl气体，所生成的NH4Cl在炉内的高温下为气态，但在共渗废气离开炉腔后进入点火管时，由于温度下降，而使部分的NH4Cl气体冷凝成固体粉末，使点火管(排气管)堵塞。为克服这一问题，在接近炉顶的点火管部位，缠绕上5圈套有小瓷环的电阻丝(瓷环的作用是使电阻丝与点火管绝缘)，通过电阻丝对点火管的加热，能防止NH4Cl气体在点火管内冷凝成固体。 本专利技术与现有技术相比，具有在不增加共渗成本的前提下，不仅能消出气体CN共渗过程中的内氧化组织，而且操作方便，共渗速度有所提高等优点。 附图说明 图1为齿轮气体CN共渗的执行工艺及操作参数图。 图2为实施例1按本专利技术方法进行CN共渗后得到的共渗层中无内氧化的观测结果(400倍放大)。 图3为20CrMnTi齿轮未按本专利技术方法进行CN共渗后得到的共渗层观测结果(400倍放大)。 图4为实施例2按本专利技术方法进行CN共渗后得到的共渗层中无内氧化的观测结果(400倍放大)。 具体实施方式 实施例1在30KW的井式气体渗碳炉中，装入60公斤重的20CrMnTi钢齿轮，进行气体CN共渗表面化学处理，为了防止渗层中生成Cr、Mn、Ti合金元素的内氧化物，在渗碳剂(煤油)中加入8％的工业纯CCl4。进入井式炉中的氨气先经过硅胶桶(内装硅胶10公斤)和粒状CaCl2桶(内装工业CaCl28公斤)过滤气体，以脱除氨气中的水蒸气。然后再经过5A分子筛桶(内装5A分子筛8公斤)过滤气体，以脱去气体中的残留氧。为了防止因CCl4加入而产生NH4Cl冷凝固体阻堵点火管，在点火管上缠绕5圈套瓷环的加热电阻丝。并按图1所示气体CN共渗工艺图进行共渗处理。整个共渗过程分为升温、1小时排气、4小时共渗、1小时扩散、降温均热等五个过程，各过程中所控制的温度、煤油(内含CCl4)和氨气的加入量见图1中所示。均热降温结速后，停止进氨气、开启炉盖，用吊车取出齿轮装料斗，浸入(50％柴油+50％机油)的混合油中淬火，淬火后在箱式炉中在180℃下回火1.5小时。回火并待齿轮冷却后从齿根部切割，取出金相分析试样，进行渗层深度和内氧化情况的分析测试，测试结果表明，渗层深度达0.4-0,.5mm，渗层内无内氧化组织如图2所示。为了比较，按图1的共渗工艺操作，但不采取本专利技术的方法，所得出的共渗齿轮的齿根部内氧化组织观测结果如图3，从图3可见，在0.5mm的CN共渗层中，在0.1到0.15mm的表层内充满了连贯的内氧化组织(即图3中的黑色带状物和点状物)。 实施例2在30KW的井式气体渗碳中，装入80公斤的20CrMo钢齿轮，进行气体CN共渗操作，为防止齿轮的渗层内出现内氧化组织，在渗碳剂内加入6％的工业CCl4，与实施例1相同，进入炉内的氨气，先经过硅胶桶和粒状CaCl2桶过滤除去水蒸气，再经过5A分子筛桶过滤气体，脱除残氧。为了防止因煤油加入CCl4而产生NH4Cl固体粉末堵塞点火管，在近炉顶上部的点火管位置缠绕5圈套瓷环的电阻丝，其加热功率为1.5KW。CN共渗的操作工艺仍按图1进行，即加热、排气、共渗、扩散、均热降温所采用的温度，煤油(含CCl4)和氨气的加入量以及淬火与回火的操作均同实施例1，所采用的时间为排气1小时、共渗5小时、扩散1小时。所得的结果为CN共渗层深度达0.5～0.6mm，渗层内无明显内氧化组织如图4所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.齿轮气体碳氮共渗热处理中内氧化组织的消除方法，其特征在于采用如下措施1.1在气体渗碳剂煤油中，加入6～8％的CCl4，在共渗炉内的CCl4分解出新生的Cl2，使已形成的合金元素内氧化物还原；1.2在渗碳剂氨气入共渗炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飚，王宇栋，张自华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：