高温气体渗氮淬火时效或等温淬火工艺

摘要

高温气体渗氮淬火时效或等温淬火工艺属于钢铁化学热处理领域。钢铁高温气体渗氮时，选择适当的温度、时间、氮势和冷却方法，在只含氮无碳的介质进行渗氮，表面形成ε－Fe

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种渗氮淬火时效或等温淬火工艺，特别是一种高温气体渗氮淬火时效或等温淬火工艺，属于钢铁化学热处理领域。

背景技术

经文献检索发现，程晓敏等人在《武汉工学院学报》，VOL.14，NO.3，1992.9，P.64-70上发表“奥氏体氮碳共渗渗层组织与性能的研究”，该文介绍了实验用材料为15钢，采用NH₃+甲醇在650℃X2小时进行奥氏体氮碳共渗，渗层由化合物层、奥氏体层和扩散层组成，化合物主要由ε和γ′组成。此文采用正交实验法找出最佳共渗工艺参数，做了组织分析和性能实验，得出渗层有较高的冲击韧性和良好的耐磨性，渗层最高硬度为800HV。该文献技术存在的主要问题是：(1)采用NH₃+甲醇，NH₃和甲醇相互作用结果必然会生成氢氰酸(HCN)，污染环境；(2)共渗后没有进行等组或时效处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高温气体渗氮淬火时效或等温淬火工艺，使其能在600～700℃(与奥氏体氮碳共渗温度范围相同)，用纯氨或氨+氨分解气进行高温气体渗氮，淬火后，再于180～300℃时效，也可高温气体渗氮后直接淬入180～300℃等温槽中等温淬火，高温气体渗氮后直接等温淬火可以进一步减少热处理畸变，畸变程度与铁素体氮碳共渗相当。获得高弥散的高硬度组织，心部还能保持好的韧性和塑性。工艺实施简单，成本低，变形小，无污染。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要是采用清洁的钢铁高温气体渗氮淬火时效或等温淬火工艺，即在钢铁高温气体渗氮时，选择适当的温度、时间、氮势和冷却方法，在只含氮无碳的介质进行渗氮，表面形成ε-Fe_2-3N化合物层，次表层为高氮奥氏体，渗后采用水基或油基淬火介质直接淬火，后在180～300℃时效或在奥氏体渗氮后直接于180～300℃等温。

本发明所确定的工艺参数为：温度600～700℃，介质：纯氨或氨+氨分解气或氨+氮，分解率为50～92％，时间2～6小时；冷却方法：1)渗氮后水基或油基淬火介质直接淬火，然后于180～300℃回火2～10小时；2)或渗氮后淬于180～300℃硝盐浴或油浴中等温2～10小时。

以下对本发明进一步说明：当炉温升到600～700℃时，将工件送入炉内，然后关闭炉盖，打开排气口，并通入氨气或氨+氨分解气，或氨+氮，分解率为50～92％，将炉温升到工作温度，并保持工作温度为稳定，通过调节氨加入量，将氨分解率保持在工艺规定的范围内，高温气体渗氮时间为2～6小时，然后出炉水淬或油淬火，再于180～300℃回火2～10小时，或者在奥氏体渗氮结束后将工件直接于180～300℃等温2～10小时。

本发明具有实质性特点和显著进步，能在与奥氏体氮碳共渗相同的温度(600～700℃)下，用纯氨或氨+氨分解气或氨+氮气进行高温气体渗氮，代替奥氏体氮碳共渗中同时渗入氮和碳组份的气体。通过选择温度、时间和氨分解率(氮势)等参数，在表面形成ε化合物层和次表面的高氮奥氏体淬火层，并通过淬火和时效(180～300℃)，也可在高温气体渗氮后直接淬入180～300℃等温槽中进行等温淬火后获得高的硬度。心部好的塑性和韧性。可进一步减少热处理畸变，畸变程度与铁素体氮碳共渗相当。用此工艺来代替奥氏体氮碳共渗，可以根除产生氢氰酸的根源，用来代替铁素体氮碳共渗，不仅根除氢氰酸的污染，还能提高有效硬化层的深度。

具体实施方式

以下结合本发明进一步提供六项实施例：

温度(℃)  时间  (h)气氛氨分解率(％    )淬火介质  时  效  等温淬火  渗层总  深度  (mm)    渗层硬度    (HV)温度(℃)时间(h)温度(℃)时间(h)600    6  50水基300  2 0.012～0.  025化合物层＞1000奥氏体淬火层    ＞800650    4  75 油225  8 0.020～0.  050化合物层＞1200奥氏体淬火层    ＞1000  650    4    75等温淬火油或硝盐  浴  225   8 0.020～0.  050  化合物层＞1200  奥氏体淬火层    ＞1000  650    4    75  油    180    2 0.020～0.  050  化合物层＞900  奥氏体淬火层    ＞500  700    2    92等温淬火  油  180  10 0.020～0.  050  渗层最高硬度    ＞600  700    4    88硝盐  浴  300    2 0.04～  0.050  渗层最高硬度    ＞900

实施例的最大优点是在介质中不加入任何含碳物质，从而根除了氢氰酸对环境的污染。本发明采用的高温渗氮后直接等温淬火工艺可以进一步减少热处理畸变，可广泛用于碳钢、铸铁、合金结构钢、合金工模具钢、渗氮钢等钢铁材料，利用本发明所获得的渗层硬度可达1000～1500HV。基体无相变，心部有很好的韧性，性能明显超过铁素体氮碳共渗与短时渗氮。