CN115418602B - 一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法 - Google Patents

一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，包括以下步骤：提供工件；采用砂纸将工件表面研磨光滑；采用酸性溶液浸泡工件；采用超声波清洗机清洗工件；先预热碳氮共渗炉后，并送入碳氮共渗气体；将工件投入碳氮共渗炉后，再持续送入碳氮共渗气体适当时间后，将工件取出即可。采用本发明的技术方案，采用砂纸对工件表面进行研磨，提高了工件表面组织的细粒度；采用酸洗方法提高了工件表面组织的活性，并破除了工件表面氧化层；通过超声波清洗方法洗净工件表面，疏通了碳、氮原子深入工件基体的通道；碳、氮共渗时，先预热处理，再进行碳氮共渗时，使碳、氮原子深入工件基体，提高了奥氏体不锈钢碳氮共渗层的厚度、表面硬度和耐磨性。

Description

一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法
技术领域
本发明属于热处理工艺技术领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法。
背景技术
奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18％、Ni8％～25％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢无磁性而且具有优良的力学性能、高韧性和塑性，可加工性以及抗腐蚀性强，被广泛应用于化工、汽车、机械、海运及海洋构件等领域；但奥氏体不锈钢缺点是由于含碳量极低，导致表面强度和硬度较低，抗磨损性能、抗疲劳性能低，且不可能通过相变使之强化，严重影响奥氏体不锈钢的使用范围和使用寿命。为了拓展奥氏体不锈钢的应用范围，则需要对奥氏体不锈钢表面采用碳氮共渗处理方式以强化其表面，从而提高奥氏体不锈钢表面硬度，改善奥氏体不锈钢的耐磨性和使用寿命。例如，公开号为：“CN107022732A”的专利文献，公开了一种奥氏体不锈钢的低温气体碳氮共渗方法，包括将奥氏体不锈钢工件进行表面钝化膜处理，将奥氏体不锈钢放入碳氮共渗炉中，抽真空通入碳氮共渗气体，进行碳氮共渗处理，该专利文献提供的碳氮共渗方法将渗碳过程划分为两阶段，在一定程度上提高了碳、氮原子的渗透均匀性，然而，由于奥氏体不锈钢表面晶体组织粗大，不利于碳、氮原子进一步渗入奥氏体不锈钢基体内，导致碳、氮共渗层厚度较低，对奥氏体不锈钢表面硬度的提升效果较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，包括以下步骤：
步骤一：提供工件，所述工件材质为奥氏体不锈钢；
步骤二：采用砂纸将所述工件表面研磨光滑；
步骤三：将所述工件投入酸性溶液中浸泡适当时间后取出，再采用清水洗净所述工件；
步骤四：将所述工件投入超声波清洗机，并向超声波清洗机内投入清洗剂，采用超声波清洗机对所述工件进行清洗后，使所述工件表面形成水膜；
步骤五：提供碳氮共渗炉，使碳氮共渗炉内加热至预热温度，并持续向所述碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体适当时间后，进行下一步；
步骤六：将所述工件投入碳氮共渗炉内后，再持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体适当时间后，将所述工件取出即可。
步骤二中所述砂纸细粒度为1200目以上。
步骤三中所述工件投入酸性溶液中浸泡时间为30min以上。
步骤三中所述酸性溶液为盐酸溶液。
步骤四中采用超声波清洗机对所述工件进行清洗的工艺参数为：超声波清洗机规格型号为：LK/CS-72型超声波清洗机，清洗剂为丙酮溶液，超声波清洗机振动频率为30Hz，清洗持续时间为10min以上。
步骤五中所述碳氮共渗炉内的预热温度为570℃。
步骤五中，持续向所述碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体的持续时间为30min以上。
步骤六中，将所述工件投入碳氮共渗炉内后，再持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体的持续时间为600min以上。
所述碳氮共渗气体包括氨气和乙醇，氨气送入流量为0.7L/min以上，乙醇送入流量为0.1L/min以上。
步骤六中所述碳氮共渗炉内设有风扇，且该风扇设置于所述工件上方。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，由于首先采用砂纸对工件表面进行研磨，提高了工件表面组织的细粒度，从而使碳、氮原子能够深入工件基体内部，再采用酸性溶液对工件进行清洗，采用化学方法提高了工件表面组织的活性，并破除了工件表面氧化层，进一步有利于促使碳、氮原子深入工件基体内部，然后，通过超声波清洗方法洗净工件表面，从而疏通了碳、氮原子深入工件基体内部的通道，避免对碳、氮原子造成堵塞，在进行碳、氮共渗时，先进行预热处理，从而使碳氮共渗炉内其它气体充分排除，防止工件表面受氧化而钝化，使工件在进行碳氮共渗时，炉内保持充分的碳氮共渗气体氛围，继而进一步促使碳、氮原子深入工件基体内部，提高了碳氮共渗层的厚度，提升了奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性，有利于扩展奥氏体不锈钢的应用范围。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明碳氮共渗炉的结构示意图；
图3是本发明图2中A处局部放大图；
图4是本发明图2中转盘的结构示意图；
图5是本发明步骤六时碳氮共渗炉内温度随时间变化的趋势图；
图6是初始时工件的表面组织金相图；
图7是工件经过本发明提供的碳氮共渗方法处理后的表面组织金相图；
图中：1-炉箱，2-导气筒，3-立柱，4-风扇，5-转盘，6-轴承座，7-输入气管，8-锁紧螺钉，9-压块，10-吊绳，11-工件，51-内盘体，52-外盘体,53-盘筋，71-氨气输入管，72-乙醇输入管。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图7所示，本发明提供一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，包括以下步骤：
步骤一：提供工件11，工件11材质为奥氏体不锈钢；
步骤二：采用砂纸将工件11表面研磨光滑；
步骤三：将工件11投入酸性溶液中浸泡适当时间后取出，再采用清水洗净工件11；
步骤四：将工件11投入超声波清洗机，并向超声波清洗机内投入清洗剂，采用超声波清洗机对工件11进行清洗后，使工件11表面形成水膜；
步骤五：提供碳氮共渗炉，使碳氮共渗炉内加热至预热温度，并持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体适当时间后，进行下一步；
步骤六：将工件11投入碳氮共渗炉内后，再持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体适当时间后，将工件11取出即可。
采用本发明的技术方案，由于首先采用砂纸对工件11表面进行研磨，提高了工件11表面组织的细粒度，从而使碳、氮原子能够深入工件11基体内部，再采用酸性溶液对工件11进行清洗，采用化学方法提高了工件11表面组织的活性，并破除了工件11表面氧化层，进一步有利于促使碳、氮原子深入工件11基体内部，然后，通过超声波清洗方法洗净工件11表面，从而疏通了碳、氮原子深入工件11基体内部的通道，避免对碳、氮原子造成堵塞，在进行碳、氮共渗时，先进行预热处理，从而使碳氮共渗炉内其它气体充分排除，防止工件11表面受氧化而钝化，使工件11在进行碳氮共渗时，炉内保持充分的碳氮共渗气体氛围，继而进一步促使碳、氮原子深入工件11基体内部，提高了碳氮共渗层的厚度，提升了奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性，有利于扩展奥氏体不锈钢的应用范围。
进一步地，本发明采用的工件11外形尺寸为长×宽×厚
＝30mm×20mm×1mm。优选步骤二中砂纸细粒度为1200目以上。从而采用砂纸对工件11表面进行研磨，提高了工件11表面组织的细粒度，从而使碳、氮原子能够深入工件11基体内部，有利于提高奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性。
另外，步骤三中工件11投入酸性溶液中浸泡时间为30min以上。步骤三中酸性溶液为盐酸溶液。优选盐酸溶液体积密度为30％。采用本发明的技术方案，采用酸性溶液对工件11进行清洗，采用化学方法提高了工件11表面组织的活性，并破除了工件11表面氧化层，有利于促使碳、氮原子深入工件11基体内部，从而提高奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性。
此外，步骤四中采用超声波清洗机对工件11进行清洗的工艺参数为：超声波清洗机规格型号为：LK/CS-72型超声波清洗机，清洗剂为丙酮溶液，超声波清洗机振动频率为30Hz，清洗持续时间为10min以上。采用本发明的技术方案，通过超声波清洗方法洗净工件11表面，从而疏通了碳、氮原子深入工件11基体内部的通道，避免对碳、氮原子造成堵塞，从而促使碳、氮原子能够顺利地深入工件11基体内部，继而提高奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性。
进一步地，步骤五中碳氮共渗炉内的预热温度为570℃。步骤五中，持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体的持续时间为30min以上。
进一步地，步骤六中，将工件11投入碳氮共渗炉内后，再持续向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体的持续时间为600min以上。碳氮共渗气体包括氨气和乙醇，氨气送入流量为0.7L/min以上，乙醇送入流量为0.1L/min以上。
采用本发明的技术方案，在进行碳、氮共渗时，先进行预热处理，从而使碳氮共渗炉内其它气体充分排除，防止工件11表面受氧化而钝化，将工件11投入碳氮共渗炉内时，工件11最好悬挂于碳氮共渗炉内，避免工件11表面被遮挡，使工件11各个表面均能够有效进行碳氮共渗处理，工件11在进行碳氮共渗时，炉内保持充分的碳氮共渗气体氛围，继而进一步促使碳、氮原子深入工件11基体内部，提高了碳氮共渗层的厚度，提升了奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性。
另外，如图2至图4所示，步骤五中所述碳氮共渗炉包括炉箱1、导气筒2、立柱3、风扇4和转盘5，导气筒2一端与炉箱1顶部固连，导气筒2另一端伸入炉箱1内，导气筒2还与多根输入气管7连接，立柱3通过使用轴承座6安装于炉箱1内，风扇4、转盘5均与立柱3固连，风扇4、转盘5自上而下依次排列，并且风扇4容纳于导气筒2内。
采用本发明的技术方案，当通过输入气管向炉箱内送入碳氮共渗气体时，由于导气筒内设有风扇，在输入气流的压力作用下，驱使风扇转动，并且同时使含氮气流与含碳气流在导气筒内充分混合后再进入炉箱内，工件采用吊绳悬挂于转盘上，保证工件各个表面不受遮挡，随着风扇的转动，使转盘、工件也随之转动，从而使碳氮共渗混合气流始终围绕于工件各个表面流动，促使工件四周保持充分的碳氮共渗气体氛围，继而促使碳、氮原子深入工件基体内部，提高了碳、氮原子的渗透均匀性，改善了碳氮共渗效果。
进一步地，输入气管7包括氨气输入管71、乙醇输入管72。碳氮共渗气体包括氨气和乙醇，氨气由氨气输入管71送入流量为0.7L/min以上，乙醇由乙醇输入管72送入流量为0.1L/min以上。
另外，转盘5四周还螺接有若干组锁紧螺钉8，每组锁紧螺钉8由数量相等的多个锁紧螺钉8组成，每组锁紧螺钉8上均套接有压块9。优选压块9整体为矩形薄板形状。转盘5整体为正多边形状，每组锁紧螺钉8与转盘5四周侧面一一对应。每组锁紧螺钉8由两个锁紧螺钉8组成。如图所示，工件11采用吊绳10悬挂于转盘上，吊绳10可采用不锈钢链条代替，吊绳10可夹持于压块9与转盘5四周表面之间，既便于拆卸，又能够保证工件各个表面不受遮挡，促使工件11各个表面均匀地渗入碳元素、氮元素。
此外，转盘5包括内盘体51、外盘体52和盘筋53，立柱3与内盘体51通过花键连接，内盘体51与外盘体52通过盘筋53连接。盘筋53数量不少于8根。转盘5优选采用铝合金材质，从而减轻转盘质量，并且由于立柱通过滚动轴承支承于炉箱内，使转盘在碳氮共渗气流的作用下能够容易地随着风扇转动，从而促使工件各个表面均匀地渗入碳元素、氮元素。
步骤六中碳氮共渗炉内设有风扇4，且该风扇4设置于工件11上方。采用本发明的技术方案，通过碳氮共渗炉内设置风扇4，风扇4对碳氮共渗气体进行搅拌，有效促使氨气、乙醇等气体扩散至碳氮共渗内各个区域，从而使工件11各个表面均匀地进行碳氮共渗处理，提升了碳氮共渗的均匀性。
如图6、图7所示，初始时，工件未进行氮碳共渗处理，其表面硬度仅为HV0.3＝295，而采用本发明提供的碳氮共渗处理后，工件表面硬度可达HV0.3＝1010，奥氏体不锈钢表面硬度大幅度提高，相应工件表面金相图如图4、图5所示，从图5中可以看出，工件基体内部出现显著的碳氮共渗层分界线。

Claims (7)

1.一种奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：提供工件(11)，所述工件(11)材质为奥氏体不锈钢；
步骤二：采用砂纸将所述工件(11)表面研磨光滑；
步骤三：将所述工件(11)投入酸性溶液中浸泡30min以上，再取出，然后采用清水洗净所述工件(11)；
步骤四：将所述工件(11)投入超声波清洗机，并向超声波清洗机内投入清洗剂，采用超声波清洗机对所述工件(11)进行清洗后，使所述工件(11)表面形成水膜；
步骤五：提供碳氮共渗炉，使碳氮共渗炉内加热至预热温度，并向所述碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体持续30min以上，再进行下一步；
步骤六：将所述工件(11)投入碳氮共渗炉内后，再向碳氮共渗炉内送入碳氮共渗气体持续600min以上，再将所述工件(11)取出即可。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：步骤二中所述砂纸细粒度为1200目以上。
3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：步骤三中所述酸性溶液为盐酸溶液。
4.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：步骤四中采用超声波清洗机对所述工件(11)进行清洗的工艺参数为：超声波清洗机规格型号为：LK/CS-72型超声波清洗机，清洗剂为丙酮溶液，超声波清洗机振动频率为30Hz，清洗持续时间为10min以上。
5.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：步骤五中所述碳氮共渗炉内的预热温度为570℃。
6.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：所述碳氮共渗气体包括氨气和乙醇，氨气送入流量为0.7L/min以上，乙醇送入流量为0.1L/min以上。
7.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢碳氮共渗方法，其特征在于：步骤六中所述碳氮共渗炉内设有风扇(4)，且该风扇(4)设置于所述工件(11)上方。
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