CN109778109A - 一种解决碳氮共渗质量不合格的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，包括以下步骤：清洗、碳氮共渗热处理、回火、淬火、二次回火，其特征在于，在碳氮共渗前进行预处理工艺，所述预处理工艺的具体步骤为：将清洗后的待处理工件在900～930℃的温度下预处理0.5～1.5h，在进行预处理工艺时，全程采用氮气保护。其具有能有效解决待处理工件的软点及渗层不均匀的问题的优点。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，更具体地说，它涉及一种解决碳氮共渗质量不合格的方法。
背景技术
渗碳是为了增加钢件表层的碳含量和一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺，渗碳后淬火回火，能使零件表面硬度提高、耐磨，提高心部韧性。碳氮共渗是向工件表层渗入碳和氮，并以渗氮为主的热处理工艺，渗层硬度较低，脆性较小，主要优点工件变形小，不受钢种限制，但碳氮共渗的渗层较薄，不宜承受重载荷。
合金钢材料制成的轴承套圈解决碳氮共渗质量不合格时一般的工艺流程包括：清洗、碳氮共渗、低温回火、淬火、低温回火等步骤，但是产品在炉内进行碳氮共渗时，表面出现软点，表面碳浓度、氮浓度较低的情况，具体表现为同炉产品出现部分产品合格，部分产品不合格；同一件产品部分表面合格，部分表面不合格的质量问题。
为解决上述问题，在碳氮共渗前采取一系列预处理试验，例如预处理工艺包括：430～480℃预氧化1～2h；500～550℃预氧化0.5～1.5h；酸洗；喷砂等，但是，仍不能解决上述问题。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：碳氮共渗时表面出现软点、渗层不均匀。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其具有能有效解决待处理工件出现软点及渗层不均匀的问题的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，包括以下步骤：清洗、碳氮共渗热处理、回火、淬火、二次回火，在碳氮共渗前进行预处理工艺，所述预处理工艺的具体步骤为：在900～930℃的温度下预处理0.5～1.5h，在进行预处理工艺时，全程采用氮气保护。
通过采用上述技术方案，由于在碳氮共渗热处理之前采用了预处理工艺，在氮气作为保护气氛下使用奥氏体化温度使产品表面活化，达到奥氏体状态，保温一段时间在进入碳氮共渗气氛进行碳氮共渗，能有效解决工件软点及渗层不均匀的问题。工件预热时在氮气作为保护气氛下加热，工件的表面不会形成氧化层，也不会加剧工件的内氧化深度，一定程度上可提高工件的质量。
本发明名中，轴承套圈在进行碳氮共渗热处理时，待加工的工件(轴承)是在箱式多用炉内进行碳氮共渗，此时，工件进炉前采用氮气置换炉内气氛；工件进入前室，采用高压氮气充分置换前室内的空气，防止工件进入后室时空气随着进入后室内；工件进入后室后在900～930℃的温度下保温一定时间，期间一直用氮气保护，最后使温度降至840～860℃，然后进入碳氮共渗热处理步骤。
进一步地，所述预处理工艺的具体步骤为：先将清洗后的待处理工件在910～920℃的温度下预处理0.5～1.5h。
通过采用上述技术方案，在对工件进行预处理时，严格把控预处理温度，可以减少工件表面出现软点的概率，提高工件表面的碳浓度和氮浓度，降低同炉工件出现质量不均匀的概率。在生产中要注意，不同材料的预处理的温度不一样，可以根据材料的特性对温度进行微调，保温时间也可根据工件的大小和壁厚做相应的调整。
进一步地，使产品在900～930℃继续保持0.5～1.5h，并且将温度降至840～860℃。
通过采用上述技术方案，在预处理工艺后，产品在900～930℃继续保持0.5～1.5h，并且将温度降至840～860℃，在进行碳氮共渗热处理，对预处理的工件进行一定的保温巩固，可在一定程度上减少同炉内各工件之间的质量差距。
进一步地，在进行碳氮共渗热处理时的介质包括氮气、甲醇、天然气和氨气。
通过采用上述技术方案，进行碳氮共渗热处理时的介质包括氮气、甲醇、天然气和氨气，能提高工件表面的碳浓度和氮浓度，从而在一定程度上改善工件的质量。在碳氮共渗热处理时，也可以选择其它气氛代替，比如，RX气+天然气+氨气等，只要是气体碳氮共渗气氛即可。
进一步地，所述氮气的流量为2.5±0.3m3/h，所述甲醇的流量为3±0.3L/h，所述氨气的流量为0.2～0.4m3/h。
通过采用上述技术方案，碳氮共渗时，控制介质中各成分的流量，可控制介质内的碳、氮含量，从而可在一定程度上提高工件表面的碳浓度和氮浓度，改善工件质量。其中，天然气可根据碳势自动调节，不需要特别规定流量，流量的大小也可根据设备的大小决定。
进一步地，进行碳氮共渗热处理时的处理温度为840～860℃。
通过采用上述技术方案，在840～860℃进行碳氮共渗热处理，工件的尺寸和形状变化是极微小的，便于提高工件的质量。
进一步地，该方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在900～930℃的温度下预处理0.5～1.5h；在0.5～1.5h内将温度降至840～860℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为840～860℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5±0.3m3/h，甲醇的流量为3±0.3L/h，氨气的流量为0.2～0.4m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在180～200℃充分回火3.8～5h；
(5)、淬火：将回火后的工件在800～840℃下处理0.8～1.5h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在180～200℃进行二次回火，二次回火的时间为3.5～5h。
进一步地，该方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在915℃的温度下预处理1h；将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在200℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在190℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
本发明中，选择市面上售卖的清洗剂即可，只要能去除工件表面的杂质和油污就行。工件在预处理时，会经过900～930℃的高温加热，可能会造成晶粒有所长大，但是后续淬火处理会细化颗粒，不会影响最终产品的质量。传统的酸洗处理，会增加工序，造成环境污染，工件容易产生锈蚀，酸洗不均匀也会造成工件质量不合格。如果预处理中用喷砂处理，则喷砂处理会污染环境，喷砂不均匀也会造成产品不合格，且喷砂效率低。而用本发明的预热处理工艺中不用酸洗，也不用喷砂，不会对环境造成污染，不影响工件的质量。通常，预氧化处理能解决很多材料渗碳、碳氮共渗、渗氮处理后渗层不均匀、软点的情况。但针对某些特殊钢种，采用预氧化也不能解决渗层不均匀、软点的情况。本发明的预处理工艺能解决很多材料渗碳、碳氮共渗、渗氮处理后渗层不均匀、软点的情况，针对某些特殊钢种也能解决渗层不均匀、软点的情况，且明显区别于传统的预氧化、预处理方法，具有一定的进步性。
通过采用上述技术方案，在碳氮共渗热处理之前采用了预处理工艺，在氮气保护气氛下使用奥氏体化温度使产品表面活化，达到奥氏体状态，保温一段时间在进入碳氮共渗气氛进行碳氮共渗，能有效解决工件软点及渗层不均匀的问题。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用碳氮共渗热处理之前采用了预处理工艺，能有效解决工件软点及渗层不均匀的问题；
第二、工件预热时在氮气作为保护气氛下加热，工件的表面不会形成氧化层，也不会加剧工件的内氧化深度；
第三、本发明的碳氮共渗热处理工艺中的预处理工艺比起酸洗、喷砂处理，不会对环境造成污染，且一定程度上还能提高处理效率和改善工件质量；
第四、本发明解决了预氧化不能解决的问题；
第五、本发明的预处理工艺对渗碳工艺有同样作用，适用于常规的碳氮共渗处理工艺。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在900℃的温度下预处理0.5h；在0.5h内将温度降至840℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为840℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.2m3/h，甲醇的流量为3.3L/h，氨气的流量为0.2m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在180℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1.2h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在187℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
实施例2
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在910℃的温度下预处理1.5h；在0.7h内将温度降至860℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为860℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.8m3/h，甲醇的流量为2.7L/h，氨气的流量为0.4m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在190℃充分回火5h；
(5)、淬火：将回火后的工件在840℃处理1.5h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在190℃进行二次回火，二次回火的时间为5h。
实施例3
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在915℃的温度下预处理1h；在1.5h内将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在192℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在187℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
实施例4
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在920℃的温度下预处理1h；在1h内将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在200℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在200℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
实施例5
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在930℃的温度下预处理1h；在1h内将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在200℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在190℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
实施例6
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在915℃的温度下预处理1h；在1h内将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在190℃充分回火4h；
(5)、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在187℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
实施例7
一种解决碳氮共渗质量不合格的方法包括以下步骤：
(1)、用清洗剂清洗待处理工件，去除工件表面的油污和杂质；
(2)、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在915℃的温度下预处理1h；在1h内将温度降至850℃；
(3)、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
(4)、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在180℃充分回火3.8h；
(5)、淬火：将回火后的工件在800℃处理0.8h；
(6)、二次回火：将淬火后的工件在180℃进行二次回火，二次回火的时间为3.5h。
对比例
以实施例7作为参照组
对比例1
对比例1与实施7的区别在于对比例1中在碳氮共渗热处理之前不采用预处理，其它均与实施例7保持一致。
对比例2
对比例2与实施7的区别在于对比例2中在的采用背景技术中所提到的预处理工艺，其它均与实施例2保持一致。具体预处理工艺包括：450℃预氧化1.5h。
对比例3
对比例3与实施7的区别在于对比例3中在预处理时不用氮气保护，其它均与实施例7保持一致。
对比例4
对比例4与实施7的区别在于对比例4中预处理工艺为:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在880℃的温度下预处理1h，其它均与实施例7保持一致。
对比例5
对比例5与实施7的区别在于对比例5中预处理工艺为:不使用保护气氛，使得清洗后的待处理工件在840℃下预处理1h，其它均与实施例7保持一致。
性能检测试验
按照实施例1～7和对比例1～5的工艺方法加工处理待处理工件，得到对应的样品。根据国家标准GB/T 34889-2017对实施例1～7和对比例1～5中所得到发样品进行质量检测。每个实施例或每个对比例中的同一个炉内检测三个产品的表面硬度，在端面均检测三个点，剖两件产品检测各面碳氮化合物深度，分别计算其平均值，并记录在表1中，通过产品的硬度、碳氮化合物的深度来判定产品的质量。
产品技术要求：表面硬度(62～66)HRC,表面碳浓度(0.7～0.85)％，表面氮浓度≥0.20％，含碳氮化合物层深度≥0.20mm。
表1样品质量检测表
从表1可以看出，在对待处理工件进行碳氮共渗时，使用本发明的碳氮共渗热处理工艺，即先清洗待处理工件、对清洗后的工件进行预处理、碳氮共渗热处理、回火、淬火、二次回火，能有效解决产品软点及渗层不均匀的问题，一定程度上可提高样品质量。相比对比例1～5的检测结果，采用改进预处理后的硬度均匀性更好，表面硬度差在1.5HRC范围内，有效地提高了产品质量的均匀性。同时，碳氮化合物层深度均匀，由于轴承后期需经过磨削加工，而对比例中部分产品或同一件产品的部分区域碳氮化合物太浅，后期磨削掉后，该区域耐磨性下降，造成早期失效，最终影响产品寿命。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，包括以下步骤：清洗、碳氮共渗热处理、回火、淬火、二次回火，其特征在于，在碳氮共渗前进行预处理工艺，所述预处理工艺的具体步骤为：在900～930℃的温度下预处理0.5～1.5h,且在进行预处理工艺时，全程采用氮气保护。
2.根据权利要求1所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，所述预处理工艺的具体步骤为：在910～920℃的温度下预处理0.5～1.5h。
3.根据权利要求2所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，在预处理工艺后，使产品在900～930℃继续保持0.5～1.5h，并且将温度降至840～860℃进行碳氮共渗。
4.根据权利要求1所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，在进行碳氮共渗热处理时的介质包括氮气、甲醇、天然气和氨气。
5.根据权利要求4所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，所述氮气的流量为2.5±0.3m3/h，所述甲醇的流量为3±0.3L/h，所述氨气的流量为0.2～0.4m3/h。
6.根据权利要求1所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，进行碳氮共渗热处理时的处理温度为840～860℃。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）、用清洗剂清洗待处理工件；
（2）、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在900～930℃的温度下预处理0.5～1.5h；在0.4～0.7h内将温度降至840～860℃；
（3）、碳氮共渗热处理：在温度为840～860℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5±0.3m3/h，甲醇的流量为3±0.3L/h，氨气的流量为0.2～0.4m3/h；
（4）、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在180～200℃下充分回火3.8～5h;
（5）、淬火：将回火后的工件在800～840℃下处理0.8～1.5h;
（6）、二次回火：将淬火后的工件在180～200℃下进行二次回火，二次回火的时间为3.5～5h。
8.根据权利要求7任一项所述的一种解决碳氮共渗质量不合格的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）、用清洗剂清洗待处理工件；
（2）、预处理工艺:用氮气作为保护气氛，使得清洗后的待处理工件在915℃的温度下预处理1h；将温度降至850℃；
（3）、碳氮共渗热处理：在温度为850℃下，以氮气、甲醇、天然气和氨气组成的混合物为介质处理预处理后的工件，其中，氮气的流量为2.5m3/h，甲醇的流量为3L/h，氨气的流量为0.3m3/h；
（4）、回火：将经过碳氮共渗后处理后的工件在200℃充分回火4h;
（5）、淬火：将回火后的工件在820℃处理1h;
（6）、二次回火：将淬火后的工件在190℃进行二次回火，二次回火的时间为4h。
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