一種高碳鋼零件表面處理方法
【技術領域】：
[0001] 本發明設及一種化學熱處理方法，特別是金屬表面滲金屬熱處理的方法。 技術背景：
[0002] 一般使用條件下，鋼材的失效多源于表面，表面強化技術可W使材料表面的成分、 組織、結構發生變化，起到提高表面性能的作用，可W明顯延長材料使用壽命。表面滲金屬 是金屬零件表面強化的常見方法。
[0003] 滲金屬是使一種或多種金屬原子滲入金屬工件表層內的化學熱處理工藝。將金屬 工件放在含有滲入金屬元素的滲劑中，加熱到一定溫度，保持適當時間后，滲劑熱分解所產 生的滲入金屬元素的活性原子便被吸附到工件表面，并擴散進入工件表層，從而改變工件 表層的化學成分、組織和性能。部分滲金屬處理不僅是滲劑金屬原子滲入鋼基體，還有滲劑 原子與來自基體的碳或氮原子結合行程碳化物或氮化物或碳氮化物的覆層，例如滲銘、滲 饑。滲金屬的方法主要有固體法（如粉末包裝法、膏劑涂滲法等）、液體法（如烙鹽浸潰法、 烙鹽電解法、熱浸法等）和氣體法。金屬元素可單獨滲入，也可幾種共滲，還可與其他工藝 (如電鍛、噴涂等）配合進行復合滲。與滲非金屬相比，滲金屬形成的滲層（或覆層）淺，滲 速慢，一般須在較高溫度下進行擴散。因而，通過怎樣的處理工藝使得滲金屬更加高效并能 夠形成致密堅硬牢固的滲層，W滿足苛刻的工況要求，是本發明所要解決的技術問題。
[0004] 現階段金屬零件滲金屬研究較多的是鹽浴滲金屬和固體粉末法滲金屬。 陽0化]專利號為CN103526154A的中國專利公開了一種銘饑稀±多元共滲棚砂鹽浴滲金 屬的滲劑和應用方法，首先在相蝸中烙化棚砂，再將滲劑、還原劑、活化劑、稀±放入烙化反 應均勻，同時將工件預熱，然后在900°C-980°C的溫度下，在所述的滲劑中鹽浴處理2-8小 時，然后回火。所得滲層厚度約為0.01mm。鹽浴滲金屬設備簡單，加熱均勻，滲后可直接澤 火，但工作環境惡劣，滲層質量不易控制，工作效率低下。
[0006] 單純采用固體粉末法滲金屬，因為作為滲劑的金屬元素原子半徑較大，滲速很慢， 并且容易在滲層與基體中間行程貧碳層，影響零件質量。目前通常做法是先在工件表面滲 碳，在工件表面形成晶格崎變和碳濃度梯度，然后再做滲金屬處理。 陽007] 專利號為CN101033554A的中國專利公開了一種高碳鋼銷軸滲饑復合處理 工藝，首先將高碳鋼做滲碳處理，然后在高溫箱式爐中采用固體粉末法滲饑，滲饑溫 度950 °C-990 °C，滲饑時間6-8小時。滲饑后工件做等溫澤火。所得滲層厚度為 0.Olmm-0. 02mm。但運種方法仍具有缺陷：一是高碳鋼含碳量高，不容易滲碳，二是滲碳澤火 容易引起零件變形。
【發明內容】
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[0008] 為了解決現有技術中鹽浴滲金屬工作環境惡劣，滲層質量不易控制，工作效率低 下W及高碳鋼不容易滲碳，而且澤火容易引起零件變形的問題，本發明提供一種高碳鋼零 件表面處理方法。 陽009] 本發明的技術方案為：
[0010] 一種高碳鋼零件表面處理方法，在滲金屬之前對零件進行氮碳稀上共滲。與現有 技術相比，本發明在滲金屬處理前對高碳鋼零件進行氮碳稀±共滲預處理，在金屬工件表 面形成高于基體的碳濃度、較大的晶格崎變和較多的缺陷，從而有利于加速金屬原子和碳 原子擴散，使滲金屬更加高效，并使滲層致密牢固。
[0011]本發明中所述高碳鋼，含碳量大于0. 60%，其中優選軸承鋼。
[0012] 優選的是：零件在預處理-氮碳稀±共滲前要去油去誘；
[0013] 優選的是：氮碳稀±共滲方式為氣體氮碳稀±共滲。
[0014] 優選的是：氣體氮碳稀±共滲的滲劑為稀±催滲劑和氮碳滲劑，所述氮碳滲劑包 括氨氣W及任選自甲醇、乙醇、丙烷、甲燒的一種或幾種的組合；和/或所述氮碳滲劑包括 甲酯胺、Ξ乙醇胺、碳酷胺的一種或多種。稀±催滲劑溶于甲醇、乙醇或甲酯胺中，稀±催滲 劑與溶劑的體積比為1 : 50~1 : 200。
[0015]優選的是：氮碳稀±共滲溫度為560°C-600°C，共滲保溫時間為1-5小時，滲后零 件直接澤入油中。與現有技術相比，氮碳稀±共滲在低溫下進行，避免了零件的澤火變形。 優選的是：零件經氮碳稀±共滲后去掉表面油污和氧化膜。
[0016] 優選的是：滲金屬過程在箱式爐或密封好的轉爐中進行。
[0017] 優選的是：滲金屬中的元素為銘、饑、侶、棚、鋒中的一種或幾種。
[001引優選的是：滲金屬的方法為固體粉末法。
[0019] 優選的是：滲金屬溫度為900°c-110(rc，零件與滲劑質量比為0.8 : 1-1.5 : 1， 滲金屬保溫時間為5-12小時；滲劑中混合有分散劑、催化劑等，零件與滲劑混合均勻。
[0020] 優選的是：滲金屬后還包括等溫澤火。
[0021] 優選的是：等溫澤火零件在850°C-920°c保溫30-60分鐘，鹽浴澤火液溫度 250°C-350°C，澤火時間30-60分鐘。與現有技術相比，等溫澤火避免了滲金屬層與基體因 熱應力引起的容易開裂的問題。
[0022] 優選的是：零件等溫澤火后拋光。
[0023] 本發明采用了W上技術方案，在高碳鋼零件滲金屬前對零件做氮碳稀±共滲預處 理，使零件表面形成碳、氮、稀±的濃度梯度、晶格崎變和空位、位錯等缺陷，在零件表層形 成高能狀態和利于原子擴散的通道，有利于金屬元素的滲入，在同樣的滲金屬條件下，經氮 碳稀±共滲預處理的工件比未經預處理的工件滲層厚度顯著提高。同時為鋼基體表面提供 了足夠的碳、氮原子W行程碳化物、氮化物和碳氮化物。進一步的氮碳稀±共滲在低溫下進 行，避免了零件的澤火變形。后續的等溫澤火，避免了滲金屬層與基體因熱應力引起的容易 開裂的問題。本發明通過低溫氮碳稀±共滲-滲金屬-等溫澤火，滲層質量易控制，工作效 率高，且大幅度提高了高碳鋼的表面硬度，避免澤火的變形和開裂。
【具體實施方式】：
[0024] 對比例1 :選取G化15圓棒為試驗材料，棒料長30mm，直徑8mm，去油去誘后做滲銘 饑處理，滲銘饑溫度980°C，保溫8小時。 陽02引對比例2 :選取G化15圓棒為試驗材料，棒料長30mm，直徑8mm，放入網帶爐做滲碳 處理，其中滲碳劑為丙烷，稀釋劑為甲醇，滲碳溫度880°C，碳勢1. 2%。滲碳時間2小時，澤 入澤火油中。將工件表面油污、鐵誘去掉后，做滲金屬處理。滲金屬工藝同對比例1。
[0026] 對比例3 :選取G化15圓棒為試驗材料，棒料長30mm，直徑8mm，放入井式氣體氮碳 共滲爐做氮碳共滲處理，其中滲碳劑為甲醇，滲氮劑為氨氣，氮碳共滲溫度570°C，氨氣流量 200LA。共滲時間1小時，澤入澤火油中。將工件表面油污、鐵誘去掉后，做滲金屬處理。滲 金屬工藝同對比例1。
[0027] 實施例1 :選取G化15圓棒為試驗材料，棒料長30mm，直徑8mm，放入井式氣體氮碳 共滲爐做氮碳稀±共滲，其中滲碳劑為甲醇，滲氮劑為氨氣，稀±催滲劑溶于甲醇中，稀± 催滲劑與甲醇的體積比為1 : 80,氮碳共滲溫度570°C，氨氣流量2(K)LA。共滲時間1小 時，澤入澤火油中。將工件表面油污、鐵誘去掉后，做滲金屬處理。滲金屬工藝同對比例1。 陽02引實施例2 :選取G化15圓棒為試驗材料，棒料長30mm，直徑8mm，放入井式氣體氮碳 共滲爐做氮碳稀±共滲，其中滲碳劑為甲燒，滲氮劑為氨氣，稀±催滲劑溶于甲燒中，稀± 催滲劑與甲燒的體積比為1 : 100,氮碳共滲溫度580°C，氨氣流量2(K)LA。共滲時間1小 時，澤入澤火油中。將工件表面油污、鐵誘去掉后，做滲金屬處理。滲金屬工藝同對比例1。
[0029] 上述實施例中，滲金屬層厚度對比如下表：
[0030]
陽031 ] 由上表可知，工件經氮碳稀±共滲處理后，滲金屬速率和滲層硬度明顯提高。
【主權項】
1. 一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：在滲金屬之前對零件進行氮碳稀土共 滲。2. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：氮碳稀土共滲方 式為氣體氮碳稀土共滲。3. 如權利要求2所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：氣體氮碳稀土共 滲的滲劑為稀土催滲劑和氮碳滲劑，所述氮碳滲劑包括氨氣以及任選自甲醇、乙醇、丙烷、 甲烷的一種或幾種的組合；和/或所述氮碳滲劑包括甲酰胺、三乙醇胺、碳酰胺的一種或多 種。4. 如權利要求3所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：稀土催滲劑溶于 甲醇、乙醇或甲酰胺中，稀土催滲劑與溶劑的體積比為1 : 50~1 : 200。5. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：氮碳稀土共滲溫 度為560°C_600°C，共滲保溫時間為1-5小時。6. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：滲金屬中的元素 為鉻、釩、鋁、硼、鋅中的一種或幾種。7. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：滲金屬的方法為 固體粉末法。8. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：滲金屬溫度為 900°C-1100°C，零件與滲劑質量比為0.8 : 1-1.5 : 1，滲金屬保溫時間為5-12小時。9. 如權利要求1所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：滲金屬后還包括 等溫淬火。10. 如權利要求9所述的一種高碳鋼零件表面處理方法，其特征在于：等溫淬火零件在 850°C-920 °C保溫30-60分鐘，淬火液溫度250°C-350 °C，淬火時間30-60分鐘。
【專利摘要】本發明涉及一種高碳鋼零件表面處理方法，在滲金屬之前對零件進行氮碳稀土共滲。與現有技術相比，本發明在滲金屬處理前對高碳鋼零件進行氮碳稀土共滲預處理，在金屬工件表面形成高于基體的碳濃度、較大的晶格畸變和較多的缺陷，從而有利于加速金屬原子和碳原子擴散，使滲金屬更加高效，并使滲層致密牢固。
【IPC分類】C21D1/20, C23C12/00
【公開號】CN105369193
【申請號】CN201510665805
【發明人】金玉謨, 尚召華, 劉營, 高配彬
【申請人】青島征和工業股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月15日