专利名称：一种钢材表面化学热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种钢材表面化学热处理方法，特别是一种钢材表面化学热处理方法中的渗剂。
背景技术：
钢材表面化学热处理是一项传统的而又充满活力的钢材表面改性技术。对钢材表面的化学热处理是将要处理的钢材工件表面与渗剂接触中加热和保温，使渗剂中的活性元素渗入钢材工件的表层，用改变钢材工件表层的化学成分和组织结构来提高钢材工件表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。钢材表面化学热处理后还要对钢材作淬火、回火处理。钢材表面化学热处理的渗剂有固体渗剂和气体渗剂，固体渗剂一般是固体粉末。用固体渗剂对钢材表面化学热处理时固体渗剂可以是粉剂也可以是膏剂，用粉剂时是先把粉剂渗剂装填在渗箱里，然后把钢材工件埋在渗箱内的渗剂里保持钢材工件表面与渗剂相接触，再把埋有钢材工件的渗箱放在加热炉里加热到一定的温度并保持一定的时间后把钢材工件冷却到室温，最后按工件钢材的热处理规范进行淬火、回火处理；用膏剂时是先把固体渗剂用液体调成膏状，然后把膏状渗剂涂在钢材工件的表面上保持钢材工件表面与渗剂相接触，再把涂有膏状渗剂的钢材工件装箱放在加热炉里加热到一定的温度并保持一定的时间后把钢材工件冷却到室温，最后按工件钢材的热处理规范进行淬火、回火处理。
纳米材料是近几年刚刚研究出的一种新材料，纳米材料是粒径几十个纳米粉体材料。由于纳米材料的粉体粒径极小，使纳米材料具有一系列不同于原本材料的声、光、电、磁、热力学等特异性质，甚至有许多意想不到的奇妙特性，纳米粒子的表面原子数与总原子数之比很大，使纳米材料具有极高的表面效应和体积效应，因而具有较高的活性。由于纳米材料出现得很晚，对于纳米材料在各不同领域的应用研究不是很多。已有技术中，还没有见到在钢材表面化学热处理中用纳米材料作为渗剂的报导。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足，提出一种用纳米氮化铝作为渗剂的钢材表面化学热处理方法。
本发明是用如下方法实现的。
本钢材表面化学热处理方法有如下步骤1.取钢材工件；2.取粒径小于100nm且平均粒径为40nm的纳米氮化铝渗剂；3.在保持钢材工件的表面与纳米氮化铝渗剂相接触的的条件下把钢材工件加热到850℃～1050℃，在850℃～1050℃温度下保持2小时～6小时，然后取出钢材工件，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝后的渗后钢材工件；4.按工件钢材的热处理规范对渗后钢材工件进行淬火、回火处理。
本发明在钢材表面化学热处理中采用纳米氮化铝作为渗剂，纳米氮化铝的粉体粒径极小，具有一系列特异性质和较高的活性，更易渗入钢材工件表面，使钢件表面晶粒细化，产生细晶强化的作用，处理后的钢材工件表层微观组织细化，硬度明显提高，冲击韧性没有损失。
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
具体实施例方式
在下述实施例中，所用的渗剂是纳米氮化铝，纳米氮化铝可以是中国吉林省的四平市高斯达纳米材料设备有限公司生产的纳米氮化铝产品，纳米氮化铝的粒径小于100nm且平均粒径为40nm。
实施例1钢材表面化学热处理方法有如下步骤1.取45钢钢材工件；2.取纳米氮化铝渗剂；3.取与钢材工件相配合的保护罐；4.在保护罐内装填纳米氮化铝渗剂；5.把钢材工件埋在保护罐内的纳米氮化铝渗剂里；6.把装有纳米氮化铝渗剂和钢材工件的保护罐放在加热炉中加热到950℃，在950℃的温度下保持6小时后取出，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；7.按工件钢材的热处理规范对渗纳米氮化铝的工件进行淬火、回火，淬火工艺参数为炉温升到840℃后，把工件放入炉中，保温12分钟左右，然后取出进行油淬，回火工艺参数为炉中加热到200℃，把工件放入炉中，保温2小时，然后取出进行空冷。
经实施例1处理的45钢材工件硬度HRC≥66。
实施例2步骤1～5和步骤7与实施例1相同，步骤6是把装有纳米氮化铝渗剂和钢材工件的保护罐放在加热炉中加热到950℃，在950℃的温度下保持2小时后取出，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；经实施例2处理的45钢材工件硬度HRC 63.5。
实施例3步骤1～5和步骤7与实施例1相同，步骤6是把装有纳米氮化铝渗剂和钢材工件的保护罐放在加热炉中加热到950℃，在950℃的温度下保持4小时后取出，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；经实施例3处理的45钢材工件硬度HRC 64.6。
实施例4步骤1～5和步骤7与实施例1相同，步骤6是把装有纳米氮化铝渗剂和钢材工件的保护罐放在加热炉中加热到850℃，在850℃的温度下保持2小时后取出，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；经实施例4处理的45钢材工件硬度HRC 63.5。
实施例5步骤1～5和步骤7与实施例1相同，步骤6是把装有纳米氮化铝渗剂和钢材工件的保护罐放在加热炉中加热到1050℃，在1050℃的温度下保持2小时后取出，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；经实施例5处理的45钢材工件硬度HRC 63.0。
从实施例1～实施例5可以看出用纳米氮化铝作为渗剂可以对45钢进行化学热处理，钢材工件渗纳米氮化铝的的温度范围是850℃～1050℃，钢材工件渗纳米氮化铝的的时间范围是2～6小时。在钢材工件渗纳米氮化铝的时间是2小时、钢材工件渗纳米氮化铝的的温度从850℃～950℃时，渗后钢材工件的硬度逐渐增大，钢材工件渗纳米氮化铝的的温度从950℃～1050℃，渗后钢材工件的硬度逐渐减小，在950℃有极大值。在钢材工件渗纳米氮化铝的温度是950℃时，钢材工件渗纳米氮化铝的时间从2～6小时渗后钢材工件的硬度逐渐增大。
通过冲击韧性试验表明，用本发明的方法对45钢进行化学热处理的钢材工件的韧性没有损失。
上述钢材工件是45钢。钢材工件也可以是碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等其它牌号的钢。
上述钢材工件渗纳米氮化铝是采用埋藏法使钢材工件与纳米氮化铝相接触。钢材工件渗纳米氮化铝也可采用涂膏法使钢材工件与纳米氮化铝相接触。
权利要求
1.一种钢材表面化学热处理方法，其步骤中包括最后按工件钢材的热处理规范对渗后钢材工件进行淬火、回火处理，其特征在于其步骤中还有，(1)取钢材工件；(2)取粒径小于100nm的纳米氮化铝渗剂；(3)在保持钢材工件的表面与纳米氮化铝渗剂相接触的的条件下把钢材工件加热到850℃～1050℃，在850℃～1050℃温度下保持2小时～6小时，然后取出钢材工件，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝后的渗后钢材工件。
2.按权利要求1所述的钢材表面化学热处理方法，其特征是在所述的步骤(3)中把钢材工件加热到950℃，在950℃温度下保持6小时。
3.按权利要求1所述的钢材表面化学热处理方法，其特征是所述的步骤(3)中把钢材工件加热到950℃，在950℃温度下保持4小时。
4.按权利要求1所述的钢材表面化学热处理方法，其特征是在所述的步骤(3)中把钢材工件加热到950℃，在950℃温度下保持2小时。
5.按权利要求1所述的钢材表面化学热处理方法，其特征是在所述的步骤(3)中把钢材工件加热到850℃，在850℃温度下保持2小时。
6.按权利要求1所述的钢材表面化学热处理方法，其特征是在所述的步骤(3)中把钢材工件加热到1050℃，在1050℃温度下保持2小时。
全文摘要
一种钢材表面化学热处理方法，有如下步骤1.取钢材工件；2.取粒径小于100nm的纳米氮化铝渗剂；3.在保持钢材工件的表面与纳米氮化铝渗剂相接触的条件下把钢材工件加热到850℃～1050℃，在850℃～1050℃温度下保持2小时～6小时，然后取出钢材工件，冷却到室温，得到表面渗纳米氮化铝的钢材工件；4.按工件钢材的热处理规范对渗纳米氮化铝的钢材工件进行淬火、回火处理。本发明在钢材表面化学热处理中采用纳米材料作为渗剂，纳米材料的粉体粒径极小，具有一系列特异性质和较高的活性，更易渗入钢件工件表面，处理后的钢材工件表层微观组织细化，硬度明显提高，冲击韧性没有损失。用本发明方法处理的45钢材工件，硬度可≥66。
文档编号C23C8/00GK1908234SQ20061004752
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者李亚明 申请人:李亚明