一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法技术

本申请属于金属材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法。本方法对38CrMoAl材料没有尺寸和几何形状的限制。化学成分包括：Fe、C、N、Mn、Si、Cr、Mo、Al、S、P和其他残留元素，其中碳含量0.35％～0.42％。经过调质、表面处理、离子氮碳共渗和后处理；其中调质处理提高了材料的综合力学性能；空心阴极筒的使用提高了气体的电离几率，使得工件表面附近的电离密度增加；特定参数下的离子氮碳共渗使38CrMoAl表层组织发生调幅分解，转变为高氮马氏体。三个效果共同作用，不仅缩短了扩渗处理的时间，而且将38CrMoAl表面硬度提高到1200Hv以上。38CrMoAl表面硬度提高到1200Hv以上。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法


[0001]本申请属于金属材料表面处理
，具体而言，涉及一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法。

技术介绍

[0002]空心阴极效应是一种特殊的放电现象，两个平行阴极置于真空容器中，当满足气体点燃条件时，在两个阴极附近形成阴极位降区。当两阴极的间距d、阴极放电长度Lk与阴极位降区宽度dk三者满足dk＜d/2，d＞Lk＞d/2关系时，将出现因两负辉区迭加而致光强增大的现象。利用空心阴极效应可以有效提高气体的电离和激发效率，提高等离子体密度。
[0003]调幅分解是过饱和固溶体在一定温度下通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性波动的两种固溶体的过程。
[0004]38CrMoAl是一种常用的氮化钢，经表面处理后具有较好的耐磨性和较高的强度，同时具有良好的耐热性和耐腐蚀性。经热处理后可制作高精度、高耐磨零件，如磨床主轴、车床主轴、精密齿轮、压缩机活塞杆等。常见的处理方法有氮化、轧制、调质、退火等。申请号：CN201910267079.7公布了一种改善38CrMoAl钢轧态组织的轧制工艺，通过控制较低的终轧温度，使得38CrMoAl过程轧件在轧制过程中得到较大的压应力，改善组织均匀性，细化晶粒。但这种细化晶粒的方法不能有效提升38CrMoAl的硬度，限制了材料的使用场景。申请号：CN201611231284.0公布了一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法，通过高温氧化，提高了38CrMoAl工件表面氮含量，从而增大了材料表面氮浓度梯度。但该方法处理时间长达10小时，能耗较大。
[0005]对于38CrMoAl的表面处理，目前现有的处理技术已经遇到瓶颈，硬度很难提升到1100Hv以上，而且为了提升硬度而进行的表面处理技术一般耗时长、能耗高。

技术实现思路

[0006]本公开旨在解决上述问题之一，提出了一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，以有效提高38CrMoAl的表面硬度，并大大缩短加工时长。
[0007]本公开实施例提出的高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，包括以下步骤：
[0008](1)对38CrMoAl氮化钢材料进行调质处理；
[0009](2)对步骤(1)的38CrMoAl材料进行打磨、抛光和超声清洗；
[0010](3)对步骤(2)的38CrMoAl材料进行离子氮碳共渗处理；
[0011](4)对步骤(3)的38CrMoAl材料进行抛光。
[0012]以上高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，通过设定合适的扩渗温度、扩渗时长、气体比例，使得组织在降温阶段发生上坡扩散，通过调幅分解的方式获得含氮马氏体组织，，改变组织物相，从根本上找到了提高38CrMoAl表面硬度的方法。而且极大缩短了38CrMoAl的处理时长，一般的气体渗氮处理时长为20～30h，一般的离子渗氮处理时长为6～15h，本公开的处理时长在3h左右。经本公开实施例处理后的高硬度38CrMoAl氮化钢，表
面硬度可以达到1200Hv以上，且相比于已有技术，极大缩短了处理时间。
[0013]在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述调质处理包括：在850℃～860℃的油中淬火，再次加热到550℃～560℃回火处理，空冷至室温。
[0014]在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述对38CrMoAl材料进行打磨、抛光和超声清洗，使38CrMoAl材料表面的粗糙度小于Ra1.6。
[0015]在一些实施例中，对38CrMoAl材料进行离子氮碳共渗处理，包括以下步骤：
[0016](1)将38CrMoAl材料置于真空和惰性气体中；
[0017](2)加温至第一温度时，通入氨气和二氧化碳混合气体；
[0018](3)继续升温至第二温度时，开始保温、保压；
[0019](4)降温至第三温度时，停止通入氨气和二氧化碳混合气体，通入惰性气体；
[0020](5)降温至第四温度时，停止通入惰性气体，完成38CrMoAl材料的离子氮碳共渗处理。
[0021]可选地，所述惰性气体为氩气、氦气和/或氖气。
[0022]可选地，所述第一温度为200℃～350℃，第一温度时通入的混合气体中，氨气与二氧化碳的流量比为1∶(0.04～0.06)。
[0023]可选地，所述第二温度为515～525℃，第二温度下保温时间为170～190min、保压250～350Pa。
[0024]可选地，所述第三温度为250℃～300℃。
[0025]可选地，第四温度为150℃以下。
[0026]可选地，所述对38CrMoAl材料进行抛光，使材料表面的粗糙度小于Ra1.6。
[0027]上述化学热处理方法，所处理的38CrMoAl材料的化学成分按照质量百分比计为：C：0.36～0.42，Si：0.20～0.42，Mn：0.35～0.58，P≤0.03，S≤0.03，Cr：1.35～1.65，Mo：0.15～0.24，Al：0.75～1.1，Cu：≤0.30，Ni：≤0.30，其它为Fe和残留元素。
[0028]根据本公开的实施例，经化学热处理后的38CrMoAl氮化钢与现有技术相比，本公开的有益效果如下：
[0029]1、根据本公开实施例，利用空心阴极效应，设计并应用了空心阴极筒，放置在38CrMoAl材料外侧，提高了材料附近的等离子体密度，从而增强了离子体对材料的轰击溅射作用，并加快了材料的升温过程。
[0030]2、通过设定合适的扩渗温度、扩渗时长、气体比例，使得组织在降温阶段发生上坡扩散，通过调幅分解的方式获得含氮马氏体组织，，改变组织物相，从根本上找到了提高38CrMoAl表面硬度的方法。
[0031]3、极大缩短了38CrMoAl的处理时长，一般的气体渗氮处理时长为20～30h，一般的离子渗氮处理时长为6～15h，本公开的处理时长在3h左右。经处理后，表面硬度可以达到1200Hv以上，且相比于已有技术，极大缩短了处理时间。
[0032]本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0033]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是根据本公开一个实施例的离子氮碳共渗处理过程的示意图。
[0035]图2是根据本公开实施例的离子氮碳共渗处理后38CrMoAl材料表面金相图。
[0036]图3是利用已有技术的离子氮碳共渗处理后38CrMoAl材料表面金相图。
[0037]图4是对图2、图3中38CrMoAl本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，其特征在于，包括：(1)对38CrMoAl氮化钢材料进行调质处理；(2)对步骤(1)的38CrMoAl材料进行打磨、抛光和超声清洗；(3)对步骤(2)的38CrMoAl材料进行离子氮碳共渗处理；(4)对步骤(3)的38CrMoAl材料进行抛光。2.根据权利要求1所述的化学热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述调质处理包括：在850℃～860℃的油中淬火，再次加热到550℃～560℃回火处理，空冷至室温。3.根据权利要求1所述的化学热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述对38CrMoAl材料进行打磨、抛光和超声清洗，使38CrMoAl材料表面的粗糙度小于Ra1.6。4.根据权利要求1所述的化学热处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对38CrMoAl材料进行离子氮碳共渗处理，包括以下步骤：(1)将38CrMoAl材料置于真空和惰性气体中；(2)加温至第一温度时，通入氨气和二氧化碳混合气体；(3)继续升温至第二温度时，开始保温、保压；(4)降温至第三温度时，停止通入氨气和二氧化碳混合气体，通入惰性气体；(5)降温至第四温度时，停止通入惰性气体，完成38CrMoAl材料的离子氮碳共渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永勇，张哲浩，雒建斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：