稀土在气体渗氮及氮碳共渗工艺中的应用方法技术

本发明专利技术提出了气体硬氮化及气体软氮化工艺中应用稀土催渗剂的三种方法，即固体包装法、机械化自动加料法及液体滴注法。加入稀土催渗剂可将硬氮化纯渗入时间缩短５０～１００％，软氮化缩短３０～５０％；表面硬度相对提高ＨＶ５０～２００，耐磨性，抗腐蚀能力，金相组织和脆性均有不同程度改善，可使模具和零件寿命提高１～２倍。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出稀土催渗剂在气体渗氮(硬氮化)及氮碳共渗(软氮化)工艺中的具体应用方法。气体渗氮及氮碳共渗是在生产上应用多年的成熟工艺，广泛应用于需要高的耐磨性，抗腐蚀和抗疲劳的机器零件，如汽轮机上齿轮、阀门，橡胶及塑料机件，汽车齿轮，发动机曲轴等。但它们存在着一些难以克服的缺点，例如典型的渗氮钢38GrMoAl采用硬氮化处理时，欲达到表面硬度HV950～1100，渗层深度0．3～0．4mm需要30～40小时，0．4～0．5需40～50h，0．5～0．6需50～60h，不仅渗速缓慢，而且表面脆性大，金相组织也不理想。而一般碳钢或合金钢经软氮化处理后表面硬度不够高，过渡区硬度梯度甚陡，如延长处理时间，表面白亮层又会出现严重疏松。上述问题的存在，阻碍了硬氮化和软氮化在机械制造业中的应用。专利技术人大量试验及生产应用证明，在传统的硬氮化及软氮化表面处理工艺中加入专利技术人的专利技术专利《固体稀土化学热处理催渗剂》，在相同的工艺条件下可将硬氮化时间缩短50～100％，表面硬度HV950～1100，脆性和金相组织明显改善；可将软氮化时间缩短30～50％，表面硬度相对提高HV100～200，脆性疏松及金相组织均明显改善。传统的气体渗氮(硬氮化)均采用100％的氨气作为获取渗入的氮原子的介质，而软氮化的介质则可分为两种类别其一为氨气+CO或+CO2(按一定比例)，或氨气+甲醇或乙醇(按一定比例)；其二为用含N、C的有机化合物如甲酰胺、三乙醇胺或者尿素加入炉内直接裂化后进行软氮化处理(实质上为C、N原子共同渗入工件表面，而以N原子渗入为主)。本专利技术是在专利技术人有关稀土共渗技术系列专利技术专利1．《固体稀土化学热处理催渗剂》，专利号ZL88104208．8；2．《滴注式稀土渗碳微机控制装置》，专利号ZL94205831．3；3．《一种可控气氛多用稀土渗碳炉》专利号，ZL95201764．4；4．《连续式可控气氛渗碳炉稀土催渗剂加入装置》申请号97214598．2基础上，引用相关技术，针对气体渗氮(硬氮化)及氮碳共渗(软氮化)工艺中如何实施加入稀土催渗剂而提出的专利技术，进一步扩展稀土共渗技术的应用范围。无论是硬氮化还是软氮化原则上均可在下述三种系列的炉内进行处理，即①井式气体渗氮炉；②可控气氛密封箱式多用渗氮炉；③可控气氛连续式(即贯通式)渗氮炉。无论哪种介质原则上均可在上述三种系列的炉内对工件进行硬氮化或软氮化处理。本专利技术的目的是提出两种类型的稀土催渗剂，在气体渗氮及氮碳共渗工艺中的应用方法，其两种稀土催渗剂，第一种为固体稀土催渗剂，将《固体稀土化学热处理催渗剂》专利技术专利中的配方外加粘结剂，用挤压的方法制造成φ15～φ30mm园球，或φ10～15×15～30mm的园柱体。第二种为液体稀土催渗剂，将《固体稀土化学热处理催渗剂》专利技术专利中的配方，调制或液体，并把它按一定比例溶入含N、C的有机化合物如甲酰胺、三乙醇胺或甲醇、乙醇中，配制成稀土催渗剂。本专利技术的目的是这样实现的对通用型的固体稀土催渗剂与液体稀土催渗剂往上述三种系列渗氮炉内的具体应用方法可以各不相同，可根据具体情况选用下述方法一、固体稀土催渗剂1．固体包装法其主要特点就是用一个特制的金属盒子，将固体稀土催渗剂放置其中裸露或包覆起来，随同工件一起入炉，在硬氮化或软氮化过程中起催渗作用。其具体办法如下，用薄钢扳作成φ50～100×80～200mm园筒或尺寸相当的方形的盒子，其四周衬垫硅酸铝纤维毡，将固体稀土催渗剂置于纤维毡的中心包覆起来，亦可用沙子包覆，裸露的则不用包覆，使其缓慢加热。然后将盒子置于放工件的料筐中，随同工件一起入炉，进行硬氮化或软氮化处理，处理工艺参数与常规工艺基本相同，当工件温度达到500℃左右，由包装盒中挥发出来的稀土即可对硬氮化或软氮化过程起催渗作用，即加快N原子或N、C原子的渗入和扩散速度。达到缩短工艺周期，改善组织和性能的目的。裸露的与包覆的相比前者不如后者好。这种方法简单适用。2．机械化自动加料法主要特点是将挤压法制造的粒状固体稀土催渗剂，用一种专门设计的上料机构按硬氮化或软氮化的工艺过程自动往炉内添加稀土催渗剂。添加的量与工艺过程有关，初期的量多，中期较少，末期更少。具体方法可引用《连续式可控气氛渗碳炉稀土催渗剂加入装置》专利专利技术中提出的固体稀土催渗剂加入装置或类似的原理和机构。如附图说明图1所示为一种固体稀土催渗剂上料机构的示意图，它是由储料箱3，链斗式取料机的链条1、取料斗2、主驱动链轮4、滑道5、密闭式启闭闸门6和7，连接法兰8及与炉内相通的密闭管道9等组成。核心部份为链斗式取料机及密闭式启闭闸阀。主驱动链轮每旋转一周，链条1上的取料斗2可从储料箱3中取出一粒稀土催渗剂。启闭闸阀6和7交替开闭，以保证炉内的气压和气氛在稀土掉入炉内时不发生任何变化。通过微机稀土硬氮化及稀土软氮化的工艺软件，就可自动控制链斗式取料机的主驱动链轮旋转的频率，从而达到按工艺程序添加稀土的目的。上料机构的工作程序如下链轮每旋转一周时链条上的取料斗自储料箱中取出一粒稀土催渗剂，取料斗转到链轮顶端后即将稀土颗粒倒入滑道5，并滑至启闭闸阀6的上面，闸阀7闭上6才能打开，稀土颗粒进入闸阀7的上面，将闸阀6关闭，再打开闸阀7，稀土颗粒通过连接法兰8及与炉内相通的密闭管道9掉入渗氮炉10内对硬氮化或软氮化过程起催渗作用。这种上料机构种类繁多，诸如齿斗式取料机、筛孔式取料机、电磁振动式上料机等，均具有相似的取料送料功能，但它们都必须与两个启闭动作交替开闭的闸阀相配合，才能完成往炉内掉入稀土催渗剂的全过程。图1的上料机构可用于可控气氛密闭式箱式氮化炉及可控气氛连续式气体渗氮炉。二、液体稀土催渗剂液体稀土催渗剂只有唯一的一种即滴注式的应用方法，主要特点是如前面氨述按比例将稀土溶入含有N、C之类的有机化合物如甲酰胺、三乙醇胺、甲醇或乙醇等中，配制成稀土催渗剂，把它装入桶内置于高出炉子2～3米高的墙上，用细管通过调节针阀，流量计及电磁阀等与炉子上滴注器相联，通过滴注器将渗剂滴入炉内实现稀土硬氮化及软氮化。具体方法可引用专利技术人的专利技术《一种可控气氛采用稀土渗碳炉》及《滴注式稀土渗碳微机控制装置》中提出的滴注装置和控制系统，以及其它相似的滴注方式均可用于滴注式稀土硬氮化及软氮化。图2就是为可控气氛多用稀土渗氮炉滴注式气体软氮化而设计的滴注系统。输液管路分两路，其上器件设置完全相同，其中一路为输送甲醇作为炉内排气用，另一路则为液体稀土催渗剂用于气体软氮化。该滴注系统管路上器件的功能为手动截止阀11系管路的总开关，工作时用人工打开，不工作时闭死，起安全作用；电磁阀12是靠微机的指令来启闭的，通过启闭的时间和频率即可控制滴入炉内液体稀土催渗剂的数量；流量计13可以直观地读出流入炉内渗剂的数量；滴注器由组件滴注头15、密封垫16、夹壁或水冷管18、冷却水入水管17及出水管14等组成，安装时将渗氮炉炉项钻孔，通入炉内把夹壁式水冷管卧入孔中，并用螺钉固定在炉顶上，通过滴注头15上的φ5mm滴注孔把液体渗剂垂直滴入炉内；输液管道19及20分别与储液箱连接，两个储液箱置于高于渗氮炉水平面2～3米高度的墙上，储液箱中的液体靠液面压差自动往炉内流动，两个储液箱中1个储甲醇供渗氨炉排气用，通过管道19达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土在气体渗氮及氮碳共渗工艺中的应用方法，其特征在于：当采用固体稀土催渗剂进行气体渗氮（硬氮化）或氮碳共渗（软氮化）处理时可采用（１）固体包装法：将预先调制成颗粒状的稀土催渗剂，裸露或用硅酸铝纤维毡（或沙子）包覆，放在一个金属盒子内 ，随同工件一起进入炉内，在常规的硬氮化或软氮化过程起催渗作用，（２）机械化自动加料法：①固体稀土催渗剂预先制造成尺寸和重量完全相同的坚固的颗粒状；②设计一种如图１所示颗粒状上料机，自动地将颗粒状稀土催渗剂自储料箱取出送入渗氮炉内 ，在硬氮化或软氮化过程中起催渗作用。上料机构构的核心是链斗式或其它形式的取料机构，主驱动链轮每旋转一周取出一颗（或几颗）稀土催渗剂，与之配合的是管路中两个交替启闭的闸阀，保证稀土颗粒进入炉内的过程中不破坏炉内的压力和气氛，③上料机构的主 驱动轮每旋转一周取送一颗稀土催渗剂，用微机控制主驱动轮的旋转频率，实现对稀土硬氮化及稀土软氮化工艺过程中自动控制稀土的加入量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志儒，闫牧夫，朱法义，
申请(专利权)人：刘志儒，闫牧夫，朱法义，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]