热处理钢构件的方法及钢构件技术

一种热处理钢构件(34，36，38，40)的方法，其包括以下步骤：a)对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗；以及b)对所述钢构件(34，36，38，40)进行铁素体氮碳共渗。

Method of Heat Treatment of Steel Members and Steel Members

【技术实现步骤摘要】
热处理钢构件的方法及钢构件本申请是申请日为2013年8月19日、申请号为201380042740.5和名称为“热处理钢构件的方法及钢构件”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于热处理钢构件(steelcomponent)的方法和已经经历该方法的钢构件。
技术介绍
碳氮共渗(carbonitriding)是一种冶金学表面修饰技术，其用于增加金属构件的表面硬度，从而减少使用过程中对构件的磨损。在碳氮共渗过程中，碳和氮的原子间隙式地扩散进入(diffuseinterstitiallyinto)金属中，从而形成滑移障碍并且增加近表面(通常是0.1～0.3mm厚的层)的硬度。碳氮共渗通常在850～860℃的温度下进行。通常碳氮共渗用于改进具有中碳钢或低碳钢而非高碳钢的钢构件的耐磨性(wearresistance)。尽管包含高碳钢的钢构件强度更好，但是已经证实它们在某些应用中更容易裂化。构件例如可以应用于常见的肮脏环境，在该肮脏环境中润滑油容易被污染，例如在齿轮箱中，并且构件的使用寿命在这种条件下会显著缩短是众所周知的。换句话说，润滑剂中的颗粒能够例如在齿轮箱的各种移动部件之间进入，并在它们的接触表面上形成凹口(indentation)。应力在这些凹口的边缘周围富集并且这些接触应力富集最终可能导致疲劳裂纹。使用这种方式损伤的构件还可能造成由所述构件产生的噪音增加。铁素体氮碳共渗(ferriticnitrocarburizing)是一种表面硬化工艺，其中向铁金属(ferrousmetal)的表面提供氮和碳。铁素体氮碳共渗通常在525～625℃的温度下进行，并产生由陶瓷型铁-碳氮化物层(化合物层)和底部扩散区域组成的薄的硬表面，其中氮和碳溶解于基体中。最通常的是，对低碳的、低合金的钢使用铁素体氮碳共渗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于热处理钢的改进方法。这一目的通过包括以下步骤的方法得以实现：a)对钢构件进行碳氮共渗，和b)对钢构件进行铁素体氮碳共渗，其中优选这些步骤依次进行。使用方法改变了钢构件表面的显微结构，改进其耐磨性、耐蚀性、承重能力、表面硬度、型芯硬度(corehardness)、化合物层厚度、抗摩擦磨损性(abrasivewearresistance)、耐粘附磨损性(adhesivewearresistance)、和/或耐疲劳性，并增强了其释放在表面上任何凹口的边缘处应力集中的能力。经历所述方法的钢构件的表面可具有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度，取决于所使用的钢的类型。相比于现有技术，经历所述方法的高碳钢构件的表面和型芯的硬度均大于包含具有低碳含量的钢的已知构件的硬度。作为结果，改进了滚动接触的耐磨性和疲劳强度。此外，会增加钢构件例如轴承的荷重能力，由此轴承可以是为具体应用的更小构造(construction)。还增加了滚动接触的耐疲劳性，使得可以延长钢构件的使用寿命。此外，没有发现现有技术中所记载的经裂化导致的缺点。所述钢构件可以具有厚度为10–20μm的化合物层，该厚度是从钢构件的表面测得的。根据本专利技术的一种实施方式，在500～700℃的温度下、优选低于590℃的温度下实施步骤b)。这种低工艺温度导致钢构件微小的形状畸变，这意味着后研磨(post-grinding)是没有必要的。因此，该方法是提高钢构件耐磨性和耐蚀性的成本有效的方式。根据本专利技术的一种实施方式，可以使用气体、盐浴、离子或等离子体或流化床铁素体氮碳共渗实施步骤b)。根据本专利技术的一种实施方式，钢构件包括具有0.60～1.20重量％碳含量的钢，即具有中高碳含量的钢。根据本专利技术的一种实施方式，钢构件包括高碳轴承钢，例如SAE52100/100Cr6或ASTM-A485等级2。根据本专利技术进一步的实施方式，钢构件包括100Cr6钢或100CrMo7钢或任何其它的按照ISO683-17:1999的钢。根据本专利技术的一种实施方式，钢构件包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件。根据本专利技术的一种实施方式，在60％NH3、35％N2和5％CO2的气氛中实施步骤b)。根据本专利技术的另一种实施方式，步骤a)包括对钢构件进行碳氮共渗5～25小时。根据本专利技术的另一种实施方式，所述方法包括在步骤b)对钢构件进行滚磨(tumbling)的步骤，但该步骤不是必须在步骤b)之后直接进行。在铁素体氮碳共渗后对钢构件进行滚磨提供了更好的表面光洁度，并能够用于进一步改进钢构件的耐疲劳性。根据本专利技术的一种实施方式，所述方法包括以下步骤：c)淬火钢构件和d)回火钢构件。可以在150～260℃的温度下实施步骤d)。本专利技术还涉及由钢制成的构件，其具有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度。可以使用根据本专利技术的实施方式中的任一种的方法制造所述钢构件。根据本专利技术的一种实施方式，所述钢包含具有厚度为10–20μm的化合物层。根据本专利技术的一种实施方式，所述钢具有0.60～1.20重量％的碳含量。根据本专利技术进一步的实施方式，所述钢包括100Cr6钢或100CrMo7钢。根据本专利技术的一种实施方式，钢构件包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力例如滚动接触或联合滚动和滑动(combinedrollingandsliding)的钢构件，例如旋转轴承或轴承座圈(racewayforabearing)。该构件可以包括或构成齿轮齿、凸轮(cam)、转轴、轴承、紧固件、销(pin)、汽车离合板、刀具(tool)或模具。钢构件可以例如构成滚柱轴承(rollerbearing)、滚针轴承(needlebearing)、圆锥滚柱轴承(taperedrollerbearing)、球面滚柱轴承(sphericalrollerbearing)、环形滚柱轴承(toroidalrollerbearing)或止推轴承(thrustbearing)。钢构件可以用在汽车绕组(automotivewind)、船舶(marine)、金属制造或其它需要高耐磨性和/或高耐蚀性和/或提高的耐疲劳性和/或抗拉强度的机械应用。附图说明下文将结合附图借助非限定性的实施例进一步解释本专利技术，其中：图1示出了根据本专利技术实施方式的方法，图2示出了已经经历不同热处理的五种钢材料的MicroVickers硬度分布曲线，图3示出了对六种不同的经历不同热处理的材料的腐蚀侵蚀，图4示出了经过8小时碳氮共渗和铁素体氮碳共渗的100Cr6钢的显微照片，图5示出了经过22小时碳氮共渗和铁素体氮碳共渗的100Cr6钢的显微照片，以及图6示出了根据本专利技术实施方式的钢构件。应该指出，没有按照比例绘制这些附图，为了清楚起见，放大了某些特征的尺寸。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的热处理循环。使钢构件例如在970℃的温度下经历碳氮共渗工艺(步骤a)例如5-25小时。例如在受控载气的存在下通过向熔炉中引入甲烷/丙烷/天然气(碳源)和氨气(氮源)提供所述工艺的环境。通过保持工作气体的合适比例，构件具有富碳和富氮钢的薄的碳氮共渗层。根据本专利技术的一种实施方式，所述方法包括在碳氮共渗步骤a)开始时供应较高浓度的氨气以增强碳氮共渗工艺。例如，可以开始时使用9.5％的氨气；可以将其降低至6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热处理钢构件(34，36，38，40)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)在载气存在下通过向熔炉中引入甲烷/丙烷/天然气和氨气而对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗；以及b)对所述钢构件(34，36，38，40)进行铁素体氮碳共渗，其中所述钢构件(34，36，38，40)包含具有0.60～1.20重量％碳含量的钢，所述方法包括在碳化步骤a)开始时供应较高浓度的氨气的步骤，和步骤a)包括对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗5～25小时。

【技术特征摘要】
2012.08.21 SE 1200502-11.一种热处理钢构件(34，36，38，40)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)在载气存在下通过向熔炉中引入甲烷/丙烷/天然气和氨气而对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗；以及b)对所述钢构件(34，36，38，40)进行铁素体氮碳共渗，其中所述钢构件(34，36，38，40)包含具有0.60～1.20重量％碳含量的钢，所述方法包括在碳化步骤a)开始时供应较高浓度的氨气的步骤，和步骤a)包括对所述钢构件(34，36，38，40)进行碳氮共渗5～25小时。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在低于590℃的温度下实施步骤b)。3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包含100Cr6钢或100CrMo7钢。4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述钢构件(34，36，38，40)包括或构成滚压元件或滚柱，或者用于经历交变赫兹应力的应用的钢构件。5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，作为所述方法的结果，所述钢构件(34，36，38，40)提供有厚度为10～20μm的化合物层(33)。6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，作为所述方法的结果，所述钢构件(34，36，38，40)提供有800～1000HV的表面硬度和300～500HV的型芯硬度。7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在6...

【专利技术属性】
技术研发人员：S拉森，W戴特查里，I弗洛德斯特罗姆，P纽曼，
申请(专利权)人：SKF公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE