一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法技术

本发明专利技术涉及一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法。本发明专利技术将真空渗碳与等温气淬复合，在不损害真空系统的前提下减小真空渗碳淬火过程中的变形，一次性快速获得硬度较高并兼有良好韧性的梯度组织，实现表层与基体同步强化，达到绿色环保的目标。该方法工艺流程短、渗碳效率高、清洁无污染、实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法


[0001]本专利技术涉及金属表面热处理领域，具体说是一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法。

技术介绍

[0002]为了在更恶劣的使用环境中保持结构完整性，传动件轴承和齿轮需要出色的综合表面性能。研究表明，以渗碳为例的表面热处理技术可以有效的提高轴齿零件的表面硬度和耐磨性能，从而可以在大范围内提高工作时的寿命。由于气体渗碳周期长、污染严重，逐渐被清洁绿色的真空渗碳替代，以减轻国家能源、资源的消耗。传统的真空渗碳多采用渗碳+淬火+回火工艺，步骤多且渗碳变形大，无法满足大型、精密、复杂、长寿命的零部件的渗碳变形的控制要求。
[0003]一般的等温淬火技术多用于特定钢种的整体热处理从而得到贝氏体组织，例如中国专利技术专利CN 114717392 A提出了Dievar钢的等温淬火工艺。表面处理后渗层中的元素呈梯度分布，且要求工件表面高硬度心部高韧性，因此需要得到从表层马氏体到心部贝氏体组成的梯度结构而非单一的贝氏体组织，传统的等温淬火工艺对于渗碳试样将不再适用。
[0004]另外，传统的等温淬火多采用盐浴或者油淬进行，例如中国专利技术专利CN 114369769 A采用盐浴进行等温淬火，盐浴或油淬容易损害真空系统，造成管路堵塞和泵油污染，无法直接与真空渗碳过程结合。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法。本专利技术将真空渗碳与等温气淬复合，不仅可以在不损害真空系统的前提下一次性完成真空渗碳的整个过程，控制真空渗碳变形率≤0.1％，还可以快速获得硬度较高并兼有良好韧性的梯度组织，即一定深度范围内的表层主要为马氏体组织，渗层内部为马氏体和贝氏体的混合组织，基体为贝氏体组织。等温气淬相比于传统的盐浴等温淬火和等温油淬工艺，采用在一定温度范围内锯齿状快速上下波动的保温形式代替了恒温的过程。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1，将工件在渗碳室中进行加热保温处理；
[0009]步骤2，在750
‑
980℃下，向渗碳室中通入渗碳气体后进行渗碳作业；
[0010]步骤3，渗碳结束后向渗碳室中通入冷却气体，使工件表面冷却至150
‑
350℃，冷却速度≥10℃/s；
[0011]步骤4，工件表面冷却至等温气淬目标温度时，对工件进行等温气淬作业，等温气淬作业时间为30min以上。
[0012]步骤5，向渗碳室中通入冷却气体使工件冷却至室温。
[0013]在上述方案的基础上，
[0014]步骤1所述的加热保温处理过程为两个以上并且保温温度梯次上升的过程。
[0015]在上述方案的基础上，
[0016]步骤2所述的渗碳作业包括先后进行的渗碳周期和扩散周期。
[0017]在上述方案的基础上，
[0018]渗碳作业时渗碳室压力为200至2000Pa；渗碳周期总时间和扩散周期总时间的比率为1:2至1:7；渗碳作业的持续时间为30min以上
[0019]在上述方案的基础上，
[0020]步骤4所述的等温气淬作业为：保持工件表面温度在等温气淬目标温度附近波动，波动幅度≤
±
25℃；
[0021]在上述方案的基础上，
[0022]所述波动为等幅波动，
[0023]或者：
[0024]所述波动包括两个以上并且波动幅度互不相同的阶段，每个阶段的波动为等幅波动。
[0025]在上述方案的基础上，
[0026]保持工件表面温度在等温气淬目标温度附近波动的方法为
[0027]间隙式向渗碳室中充入冷却气体后再间隙式加热；
[0028]或者：
[0029]间隙式向渗碳室中充入冷却气体。
[0030]在上述方案的基础上，
[0031]所述向渗碳室充入冷却气体的压力≥2
×
105Pa。
[0032]在上述方案的基础上，
[0033]所述渗碳气体为甲烷、乙炔或丙烷，所述冷却气体为氮气、氩气或氦气。
[0034]本专利技术所述的一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其有益效果为：
[0035](1)本专利技术通过高压气淬技术，使真空渗碳工件在表面富碳区域的Ms点附近，采用锯齿状波动的形式保温。由于表面冷却速度较快，表层一定深度范围内主要为针状马氏体组织，随着渗层深度的增加冷速减慢贝氏体含量增加，在渗层内部快速获得马氏体和贝氏体的混合组织，基体冷速最慢为贝氏体组织，从而同时得到表面硬心部韧的梯度组织。另外，在Ms点附近快速变温有利于缩短贝氏体形成的孕育期。真空渗碳后工件的变形率≤0.1％以内，表面碳化物1级，表面硬度达到760HV，心部硬度在300HV以上。
[0036](2)本专利提出渗碳与真空等温淬火复合的新型渗碳工艺，绿色环保无污染，不会损坏真空系统，设备要求低。并且可以一次性完成，不需要渗碳结束后再重新进行等温淬火或低温回火，操作简便，缩短了生产周期，应用范围广泛，因此具有重要的工程应用价值。
附图说明
[0037]本专利技术有如下附图：
[0038]图1为实施例一本专利技术中的真空低压渗碳等温淬火工艺曲线；
[0039]图2为实施例一本专利技术中的真空低压渗碳等温淬火工艺实际测温曲线；
[0040]图3为实施例一中WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮真空渗碳表层显微组织SEM图；
[0041]图4为实施例一中WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮真空渗碳层内部1/2处显微组织SEM图；
[0042]图5为实施例一中WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮真空渗碳基体显微组织SEM图；
[0043]图6为实施例一中真空渗碳后WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮硬度分布曲线；
[0044]图7为实施例一中真空渗碳前后WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮的径向变形率；
[0045]图8为实施例一中真空渗碳前后WLY
‑
20CrMnTi从动齿轮的轴向变形率；
[0046]图9为实施例二中的真空低压渗碳等温气淬工艺曲线；
[0047]图10为实施例二中WLY
‑
20CrMnTi主动齿轮真空渗碳表层显微组织金相图(a)及基体显微组织金相图(b)
具体实施方式
[0048]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将工件在渗碳室中进行加热保温处理；步骤2，在750
‑
980℃下，向渗碳室中通入渗碳气体后进行渗碳作业；步骤3，渗碳结束后向渗碳室中通入冷却气体，使工件表面冷却至150
‑
350℃，冷却速度≥10℃/s；步骤4，工件表面冷却至等温气淬目标温度时，对工件进行等温气淬作业，等温气淬作业时间为30min以上。步骤5，向渗碳室中通入冷却气体使工件冷却至室温。2.如权利要求1所述的一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其特征在于：步骤1所述的加热保温处理过程为两个以上并且保温温度梯次上升的过程。3.如权利要求1所述的一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其特征在于：步骤2所述的渗碳作业包括先后进行的渗碳周期和扩散周期。4.如权利要求3所述的一种工件表层与基体同步强韧化的小变形真空渗碳方法，其特征在于：渗碳作业时渗碳室压力为200至2000Pa；渗碳周期总时间和扩散周期总时间的比率为1:2至1:7；渗碳作业的持续时间为30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛培武，徐跃明，陆文林，杜春辉，姚佳伟，陈旭阳，刘俊祥，何龙祥，杨广文，薛丹若，马靖博，
申请(专利权)人：中国机械总院集团北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：