一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法技术

一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，本发明专利技术涉及一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层获得渗氮层的方法。本发明专利技术要解决现有渗碳合金钢或者高碳合金钢表面低温渗氮难、渗氮慢，高温渗氮容易出现粗大脉状组织的问题。方法：一、预处理；二、低温渗氮；三、高温扩散；四、重复低温渗氮及高温扩散；五、低温渗氮。本发明专利技术用于在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层。高硬度渗氮层。高硬度渗氮层。

【技术实现步骤摘要】
一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法


[0001]本专利技术涉及一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层获得渗氮层的方法。

技术介绍

[0002]1990年以后，随着机械、航空的发展，对发动机传动部件的可靠性要求越来越高，并且发现这些传动部件的失效大都发生在表面。以往研究结果表明，磨损、腐蚀和微点蚀可能成为未来导致合金钢基体失效的主要原因。因此为保证在轴承、齿轮等传动部件在严酷的使用环境中长时间保持结构完整性，需要进一步提高其表面综合性能，例如高硬度，良好的耐磨性和较长的滚动接触疲劳寿命。针对复杂形状轴承部件渗氮是实现表面硬化最有效，最灵活的技术之一，渗氮温度低效率高，在获得较高表面硬度的同时避免变形。但常规渗氮层的深度较小，承载能力有限不利于疲劳性能的提高。
[0003]双相处理(其他热处理与渗氮相结合)是目前合金钢尤其是齿轮、轴承钢最常用的硬化方式，可使表面硬度和耐磨性大大提高。双相处理工艺根据钢种的不同主要分为两种：针对传统渗碳钢提出采用渗碳与渗氮双相复合的工艺；而对于高碳钢提出全硬化(固溶淬火+高温回火)与渗氮结合的双相工艺。由于渗碳钢表面或者中、高碳钢表面都含有大量的碳原子，渗氮前引入的碳原子会对随后的氮化过程产生阻碍作用，导致低温渗氮过程中N原子的扩散激活能大幅度增加，需要超常的时间来保证渗氮层的厚度，这无疑会降低生产的效率提高生产成本。高温渗氮可以提高N原子的扩散能力缩短渗氮时间，但是在渗氮过程容易诱导脉状甚至网状的化合物生成，导致渗氮层组织恶化，不利疲劳性能的提高。因此，迫切需要开发一种既可以提消除高温渗氮过程中脉状组织产生的倾向性，又可以解决高碳或者渗碳钢表面低温渗氮难、渗氮慢的问题，快速形成一定厚度的高硬渗氮层的工艺方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有渗碳合金钢或者高碳合金钢表面低温渗氮难、渗氮慢，高温渗氮容易出现粗大脉状组织的问题，而提供一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法。
[0005]一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，它是按照以下步骤进行的：
[0006]一、将合金钢进行预备热处理，得到淬火态合金钢；
[0007]所述的合金钢为渗碳合金钢或高碳合金钢；
[0008]二、在渗氮炉及温度为380℃～480℃的条件下，将淬火态合金钢进行低温渗氮，渗氮后的渗氮层由扩散层和厚度≤2μm的化合物层构成，得到一次渗氮后的合金钢；
[0009]三、在惰性保护气体、电压为500V～750V及气压为50Pa～350Pa的条件下，将渗氮炉升温至480℃～580℃，然后在温度为480℃～580℃的条件下，对一次渗氮后的合金钢高温扩散0.5h～2h；
[0010]四、按步骤二及步骤三依次重复进行，得到扩散处理后的合金钢；
[0011]五、在渗氮炉及温度为380℃～480℃的条件下，将扩散处理后的合金钢进行低温渗氮，渗氮后的渗氮层由扩散层和厚度≤2μm的化合物层构成，即完成在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术采用渗碳合金钢和高碳合金钢的淬火态组织代替调制态组织作为初始状态，在渗氮炉中进行低温渗氮和高温扩散。利用渗氮过程中表面渗氮与心部回火同时进行的现象，在低温渗氮之后增加了高温扩散阶段，N原子对预先引入的C原子具有“内推”作用，在高温扩散过程中C原子向心部扩散，可以降低后续渗氮的阻力，大大提高了渗氮的效率，心部同时完成高温回火，缩短了生产周期，并且可以防止脉状组织生成。由于淬火态组织在一定条件下等离子体渗氮可以发生表面纳米化，本专利技术通过控制渗氮条件使生成的渗氮层组织均匀且晶粒尺寸细小。
[0014]2、本专利技术在渗碳或者高碳合金刚表层获得的渗氮层厚度是相同时间传统工艺的2～3倍。渗氮层组织均匀仅由扩散层组成，无厚的化合物层(厚度≤2μm)，也没有产生粗大沿晶的脉状组织。表面硬度≥1250HV
0.1
，硬度分布梯度平缓有利于耐磨性、疲劳性能提高。表面致密，氮化物团簇均匀、细小且尺寸≤200nm，有利于表面粗糙度的降低。
[0015]3、该方法可以在同一设备中仅靠改变炉内温度和气氛实现渗氮和扩散阶段，同时完心部的高温回火，操作简单，设备要求低；既适用于渗碳合金钢也适用于高碳合金钢，应用范围广泛。因此该方法具有重要的工程应用价值。
[0016]本专利技术用于一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法。
附图说明
[0017]图1为对比实验一及二传统的双相硬化工艺曲线；
[0018]图2为实施例一快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法工艺曲线；
[0019]图3为实施例一步骤二制备的一次渗氮后的合金钢表面的XRD图，
○
为α
′
，
●
为γ
′‑
Fe4N，
▼
为MN，
◆
为ε
‑
Fe
2～3
N；
[0020]图4为实施例一步骤二制备的一次渗氮后的合金钢中渗氮层的截面SEM图；
[0021]图5为渗氮层的截面金相图，(a)为对比实验一表面获得渗氮层的合金钢，(b)为实施例一表面获得渗氮层的合金钢；
[0022]图6为渗氮层的硬度
‑
深度曲线，1为对比实验一表面获得渗氮层的合金钢，2为实施例一表面获得渗氮层的合金钢；
[0023]图7为渗氮层的表面形貌图，(a)为对比实验一表面获得渗氮层的合金钢，(b)为对比实验二表面获得渗氮层的合金钢，(c)为实施例一表面获得渗氮层的合金钢；
[0024]图8为渗氮层截面SEM，(a)对比实验二表面获得渗氮层的合金钢，(b)为实施例一表面获得渗氮层的合金钢；
[0025]图9为实施例二快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法工艺曲线；
[0026]图10为渗氮层的截面金相图，(a)为对比实验三表面获得渗氮层的合金钢，(b)为实施例二表面获得渗氮层的合金钢；
[0027]图11为实施例二制备的表面获得渗氮层的合金钢中渗氮层的截面SEM图。
具体实施方式
[0028]本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0029]具体实施方式一：本实施方式所述的一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，它是按照以下步骤进行的：
[0030]一、将合金钢进行预备热处理，得到淬火态合金钢；
[0031]所述的合金钢为渗碳合金钢或高碳合金钢；
[0032]二、在渗氮炉及温度为380℃～480℃的条件下，将淬火态合金钢进行低温渗氮，渗氮后的渗氮层由扩散层和厚度≤2μm的化合物层构成，得到一次渗氮后的合金钢；
[0033]三、在惰性保护气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、将合金钢进行预备热处理，得到淬火态合金钢；所述的合金钢为渗碳合金钢或高碳合金钢；二、在渗氮炉及温度为380℃～480℃的条件下，将淬火态合金钢进行低温渗氮，渗氮后的渗氮层由扩散层和厚度≤2μm的化合物层构成，得到一次渗氮后的合金钢；三、在惰性保护气体、电压为500V～750V及气压为50Pa～350Pa的条件下，将渗氮炉升温至480℃～580℃，然后在温度为480℃～580℃的条件下，对一次渗氮后的合金钢高温扩散0.5h～2h；四、按步骤二及步骤三依次重复进行，得到扩散处理后的合金钢；五、在渗氮炉及温度为380℃～480℃的条件下，将扩散处理后的合金钢进行低温渗氮，渗氮后的渗氮层由扩散层和厚度≤2μm的化合物层构成，即完成在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法。2.根据权利要求1所述的一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，其特征在于步骤一中所述的预备热处理为固溶淬火、渗碳淬火和二次淬火中的一种或其中几种的组合；且预备热处理过程中的冷却方式为水淬、油淬、气淬、气液复合淬或空冷。3.根据权利要求2所述的一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，其特征在于步骤一预备热处理后，采用砂纸打磨去掉表面氧化皮，然后在丙酮或者酒精中超声清洗5min～20min。4.根据权利要求1所述的一种在渗碳合金钢或高碳合金钢表层快速获得组织超细化高硬度渗氮层的方法，其特征在于步骤二中及步骤五中所述的化合物层为γ
′‑
Fe4N与ε
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫牧夫，姚佳伟，闫扶摇，张雁祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：