钢渗氮的方法及所用热处理炉技术

本发明专利技术涉及一种对钢件渗氮的方法，钢件在第一热处理炉进行氟化处理后，就在第二热处理炉进行渗氮处理，而得到深而均匀的氮化层。根据氟化处理和渗氮处理所需要的时间（这两种处理的时间是不同的），确定上述两种处理用的热处理炉的台数配比，以保持钢件渗氮处理连续进行。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对钢渗氮的方法及其所用热处理炉。如果要在钢的表面形成氮化层，按照本专利技术进行特殊的预处理，就可形成深而均匀的氮化层，而且可提高单位时间处理的钢件产量。通常，为了改善钢制品或钢件的机械性能(耐磨性能、抗腐蚀性能和疲劳强度等)，采用渗氮的方法在钢件表面形成氮化层。在对钢件渗氮的方法中，有代表性的是气体渗氮法和气体软氮化法，是采用单纯的氨气或氨气与含碳气体混合的气体(RX气)进行渗氮的方法。但是这些方法的缺点是处理不稳定，合金钢或形状复杂的工件渗氮时，容易发生氮化不均匀的情况。一般说来，钢件渗氮的温度不低于500℃。为了使钢件吸收氮并往表面层内扩散，要求表面不仅没有有机和无机污染物，而且没有氧化层。还要求钢表面层本身应具有高度的活性。然而，具体说来在上述的渗氮方法中要防止表面形成氧化层并完全激活其表面层是不可能的。例如，在通常的冷加工奥氏体不锈钢件的情况下，钢件装入处理炉之前先要采用氢氟酸与硝酸的混合液清除其表面的钝惰覆层。但是，要完全清除这种覆层并完全激活钢表面层是困难的，因此几乎不可能获得满意的氮化层。为了除去钢件表面的有机和无机污染物，采用碱性清洗液进行除油，或采用有机溶液(如三氯乙烯等)进行清洗。但是，根据防止环境污染的规定(防止破坏臭氧层的规定)，应当避免采用上述的清除效果很好的有机溶剂。这也是为什么不能形成最佳氮化层的原因之一。本专利技术人发现，如果将钢件在渗氮前置于含氟或含氟化物的气氛中在热态下保持一段时间进行氟化处理，然后进行渗氮，就可实现钢件表面清理(除去有机或无机污染物、氧化层等)并使表面活化，从而得到最佳的氮化层。这已经在日本专利申请No177660/1989和美国专利No479，013中有所记载。在此方法中，钢件置入高温炉内处理，此时，钢件与含氟或含氟化合物的气体(如NF3)接触，进行预处理。因此，吸附在钢件表面的有机和无机污染物被激活了的氟原子所破坏，因而从钢件表面除去这些污染物，钢件表面的钝惰覆层(如氧化物层)也转变为氟化层，以覆盖和保护钢件表面，然后对钢件进行渗氮。上述的氟化层在渗氮过程中由在热态下引入炉中的含氮源(如NH3气)的渗氮气体与氢气的混合气体破坏并除去。详细地说，通过破坏和清除上述的氟化层，可得到清洁而被激活的钢件表面，因此，渗氮气体中的N原子容易渗入裸露的清洁而活化的钢件表面并快速往里扩散，从而均匀地形成深的氮化层。另外，本专利技术人公开一种为实现上述基本专利技术的炉子，此炉子带有两个用来渗氮和氟化的室。这种炉子在日本专利申请No333425/1989和美国专利No560，694有所记载。在这种炉子的操作经验方面，他们发现在对钢采用上述含氟或氟化物的气体进行氟化处理与对钢进行渗氮处理的时间上有大的差异，因此，就产生另一个问题，即从钢的预处理到氮化处理之间的一系列工序不能连续而高效率地进行。于是，本专利技术的目的就是提出一种对钢渗氮的方法及其所用的热处理炉，采用这种方法和炉子，可使钢件从预处理的至渗氮处理之间的一系列工序能连续而高效率地进行，并可获得深而均匀的氮化层。为了实现上述目的，本专利技术首先提出一种对钢件渗氮的方法，该方法包括以下步骤将钢件置入第一热处理炉中，在热态下通入含氟或氟化物的气体，在此气氛中保持一段时间，进行氟化处理;然后将经过氟化的钢件置入第二热处理炉，在热态下通入渗氮气体，在此气氛中保持一段时间，进行渗氮处理，该方法的特征在于相对于第一热处理炉设置了多台第二热处理炉，以便处理第一热处理炉单位时间所处理的钢件量，在第一热处理炉进行到氟化处理的钢件可以连续地送入多台第二热处理炉进行渗氮处理。本专利技术的第二方面是提出一种进行氟化处理的热处理炉，该炉子包括一个在其中可取出地装入钢件的提升式内壳，一个包围该内壳并与内壳构成一定空间的提升式钟形外壳，其中，所述内壳的内部为氟化室，该氟化室设有通入含氟或氟化物的气体的供气管道和排出废气的排气管道，在上述内壳与上述外壳之间的空间为加热室，在该加热室设置有加热氟化室的装置。本专利技术的第三方面是提出一种进行渗氮处理的热处理炉，该炉子包括一个在其中可取出地装入经过氟化处理的钢件的提升或内壳、一个包围上述内壳并与它保持一定空间的提升式钟形外壳，其中，上述内壳的内部作为渗氮室，在该渗氮室设有通入渗氮气体的供气管道和排出废气的排气管道，在上述内壳与上述外壳之间的空间作为加热室，在该加热室设有对渗氮室加热的装置。按照本专利技术的对钢渗氮的方法中，钢件在渗氮前专门用含氟或氟化物的气体进行预处理，可以像上述基本专利技术那样获得深而均匀的氮化层。而且，单位时间氮化钢件的产量也可大大增加，因为预处理和渗氮处理不是在同一个炉子中进行，而是分别在单独的炉中进行的。根据在氟化热处理炉中单位时间处理的钢件量和在渗氮热处理炉中单位时间处理的钢件量，合理地确定这两种炉子的台数配比。在本专利技术的热处理炉中，由于其内壳和外壳是可提升的，所以可通过提升内壳和外壳容易而快速地修理炉子的内部，例如，当内壳的内表面、风扇等被含氟或氟化物的气体和渗氮气体等磨损时，就可方便地修理。这些零件的磨损也容易检查。下面详细说明本专利技术。在本专利技术中，钢件表面用含氟或氟化物的气体进行预处理。这里所说“含氟或氟化物的气体”一词是指从混在惰性气体(如N2)中的NF3、BF3、CF4、HF、SF6和F2中所选出的一种或多种含氟源组分的稀释物。在常温下，NF3、BF3、CF4和F2是气态的，SF6是液态的。将这些组分单独地或者与惰性气体(如N2)一起混合起来，组成本专利技术的含氟或氟化物的气体。NF3最适于实际应用，因为它在上述含氟源组分中，在安全性、活化性、可控性、输送和其他性能方面都是上等的。F2则由于其活性和毒性高而不是太好的，另外它在输送和炉中操作方面也有缺点。BF3、SF6或其类似气体可以有效地形成氮化层，但因由B和S造成有毒性的反应而不常用。诸如FCl3之类的气体由于要形成具有高度升华作用的氯化物(如FeCl3)而不宜优先选用。含氟或氟化物的气体一般是在高温气氛中应用。从效率考虑，在含氟或氟化物的气体中，氟源组分如NF3的浓度应为0.05～20%(重量百分比，下同)，较好为2～7%，更好为3～5%。作为本专利技术处理对象的钢，包括各种类型的钢，如碳钢和不锈钢，对钢件形状并不特别限制，任何形式的板材、卷材、成形的螺钉等均可使用。本专利技术所用的钢材，不仅包括上面所述的一种钢材，而且包括由上述钢材适当混合而制成的合金，或由上述钢材中的一种作为主要组分与上述主要组分之外的其他金属材料混合而成的合金。在本专利技术中，上述的钢件受到如下所述的氟化处理。即，将上述钢件装入第一热处理炉进行氟化处理，将钢件温度加热到150～600℃，最好为250℃～380℃。然后，在此状态下把含氟或氟化物的气体(如NF3)通入加热了的炉内。钢件在上述温度下，在含氟或氟化物的气体(如NF3)的气氛中保持10～120分钟，较好为20～90分钟，更好为30～60分钟。其结果是，钢件表面的钝惰覆层(主要含有氧化物层)就转变为氟化层。这种反应按下式进行上述过程是在具有附图说明图1所示结构的氟化热处理炉中进行的。图中标号1表示一个钟形外壳，标号2代表由外壳包围的圆柱形内壳。外壳1的顶部整体地设置一个带有连接件10a的框架体10，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对钢件渗氮的方法，其步骤包括：将钢件在第一热处理炉中在热态下在含氟或氟化物的气体中保持一段时间进行氟化处理，然后将上述钢件置于第二热处理炉在热态下在渗氮气体中保持一段时间，其特征在于，相对于第一热处理炉设置了多台第二热处理炉，以便处理第一热处理炉单位时间所处理的钢件量，在第一热处理炉中进行过氟化处理的钢件连续不断地装入多台第二热处理炉中进行渗氮处理。

【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：田原正昭，仙北谷春男，北野宪三，辉男，
申请(专利权)人：大同酸素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]