本发明属于热处理技术领域,涉及一种新气氛的碳氮共渗热处理工艺，特别涉及到一种高碳铬轴承钢GCr15轴承套圈碳氮共渗热处理工艺。本发明仅适用于轴承套圈直径不大于120mm，有效壁厚不小于2.0mm的轴承内外圈的在新气氛下的碳氮共渗热处理工艺。本发明适用于箱式多用炉，采用此种新气氛对轴承零件进行碳氮共渗处理。
背景技术：
众所周知，GCr15是轴承行业应用最广泛的一种高碳铬轴承钢，国内外一些知名品牌的中小型精密轴承或者在特殊工况下使用的轴承，大都通过选用该材料，采用特殊的热处理工艺，如采用碳氮共渗、超细化处理等工艺方法来提高工件的表面硬度及耐磨性能，提高轴承的使用寿命要求。常规的GCr15碳氮共渗工艺方案：甲醇+氨气+丙烷的气氛，CO含量达到30%左右，此种方案的缺点容易产生非马组织、网状组织、粗大碳化物；为了保证成品中无非马组织、网状组织、粗大碳化物等组织，还必须加大产品的预留留量，致使整个碳氮共渗周期延长，增加了热处理整体能源消耗。而本发明拟通过改变碳氮共渗的气氛即采用氮气+甲醇+氨气+丙烷的气氛。
技术实现要素：
为了充分发挥现有高碳铬轴承钢GCr15的潜能，解决常规碳氮共渗热处理工艺周期长、经济性不好的问题，以及容易产生非马组织、网状组织、粗大碳化物的缺陷问题，本发明提供了一种新气氛的碳氮共渗热处理工艺，使处理后的轴承套圈具有更高的硬度、更高的耐磨性能和更长的寿命,提高了轴承运转的可靠性，
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
a、设备选用可用于渗碳处理的箱式多用炉。
b、渗碳介质：氮气+甲醇+氨气+丙烷；采用氧探头控制碳势，控制CO含量占为19%～21%，氨气流量为0.30m3/h～0.35 m3/h，氮气约3.8～4.1m3/h，甲醇约4.1～4.5L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探头自动控制，实现对炉内气氛碳势的控制；
c、装料方式：装2层/盘～4层/盘，根据工件的高度选择装料层数，工件高度方向与上面的料盘直径的距离为25mm～35mm；各层之间用隔网隔开，每层的工件之间保留间隙5mm～10mm保证渗层的均匀性。
d、工艺参数：碳氮共渗温度815℃～825℃，氨气流量为0.30m3/h～0.35 m3/h，氮气约3.8～4.1m3/h，甲醇约4.1～4.5L/h，碳势：1.20%～1.30%，强渗时间为3.0h～3.5h；扩散期温度为815℃～825℃，氨气流量为0.3m3/h～0.35 m3/h，氮气约3.8～4.1m3/h，甲醇约4.1～4.5L/h，碳势为1.10%～1.20%；扩散时间为3.0h～3.5h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油温60℃～80℃，冷却时间为8～15分钟；回火温度165℃～175℃，回火时间2.5h～3h，然后空冷。
e、每炉强渗期间采用钢箔定碳。
本发明所述的轴承套圈碳氮共渗热处理工艺能在相对短的时间内获得一定深度的碳氮共渗层，并且在套圈成品后仍然获得比较合理的硬化层深度，并保证表面以及次表层获得较高的硬度。
由于采用如上所述的技术方案,本发明具有如下优越性：
1、采用了一种新碳氮共渗气氛、较为合适的碳氮共渗温度、合理的碳势、较为合理的强渗和扩散比例约1:1～1:1.2，解决了传统工艺容易产生非马组织、网状组织、粗大碳化物以及晶界氧化等缺陷，保证了渗层的热处理质量和成品质量。同时本方案与比常规碳氮共渗工艺相比具有周期短，整个周期能够缩短至少1/3的热处理加工时间；从而实现碳氮共渗热处理工艺的实用性、经济性和有效性。采用氧探头进行碳势控制，控制CO含量为19%～21%，并采用合理的碳势、氨气留量及强渗和扩散期的时间比，解决非马组织、网状组织等组织缺陷，并缩短整个热处理工艺流程，
2、本发明所述的轴承套圈碳氮共渗热处理工艺能在相对短的时间内获得一定深度的碳氮共渗层，并且在套圈成品后仍然获得比较合理的硬化层深度，并保证表面以及次表层获得较高的硬度。本发明所述该工艺处理的成品具有表面硬度分布在HV793～HV800，次表层硬度在HV798～HV809（0.20mm处检测值）；淬火后的表面硬度高达HV865～HV896，与一般淬回火的轴承相比成品零件的表面硬度提高1HRC～2HRC。
3、该工艺处理的产品具有热处理变形小，留量分布合理，保证了成品渗层的质量均匀性及最终获得大量细小弥散的碳氮化物，具有良好的热处理工艺性。
4、成品套圈表面层分布有大量细小弥散的碳氮化合物，获得的残余奥氏体约为12.6%-25.4%，可提高轴承的耐磨性能。与常规的马氏体淬回火工艺相比,这种工艺处理后的套圈具有更高的韧性和更长的疲劳寿命。而心部组织并没有粗大的针状马氏体，心部组织获得均匀一致的隐晶马氏体组织晶粒细小，其晶粒度为11级。
5、良好的应力分布状态，碳氮共渗处理工件表面成品的残余应力为-408MPa～-503MPa，三个试样成品表面的残余应力、残奥、半高宽分布如下表所示。
6、获得良好的渗层分布：淬火后层深为0.60mm～0.80mm，回火后0.50mm～0.70mm，成品后层深为0.40mm～0.50mm。
7、该渗层具有较高的抗回火稳定性，即使在较高的回火温度240℃下回火，表面硬度仍能达到HV766，心部硬度达到HV709。
具体实施方式
实施例1：所述的新气氛的碳氮共渗热处理工艺如下：
（1）、设备选用UBE-1200多用炉。
（2）、渗碳介质：氮气+甲醇+氨气+丙烷；采用氧探头控制碳势，控制CO含量占为20%(渗碳介质全部含量)，氨气流量为0.32m3/h，氮气约4m3/h，甲醇约4.4L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探头自动控制，实现对炉内气氛碳势的控制；
（3）、装料方式：装3层/盘，根据工件的高度选择装料层数，工件高度方向与上面的料盘直径的距离为30mm；各层之间用隔网隔开，每层的工件之间保留间隙6mm保证渗层的均匀性。
（4）、工艺参数：碳氮共渗温度820℃，碳势：1.25%，强渗时间为3h；扩散期温度为820℃，碳势为1.15%；扩散时间为3h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油温68℃，冷却时间为10分钟；回火温度170℃，回火时间2.5h，然后空冷；
（5）、每炉强渗期间采用钢箔定碳。
实施例2：所述的新气氛的碳氮共渗热处理工艺如下：
（1）、设备选用UBE-1200多用炉。
（2）、渗碳介质：氮气+甲醇+氨气+丙烷；采用氧探头控制碳势，控制CO含量占为19.5%，氨气流量为0.32m3/h，氮气约4.1m3/h，甲醇约4.2L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探头自动控制，实现对炉内气氛碳势的控制；
（3）、装料方式：装3层/盘，根据工件的高度选择装料层数，工件高度方向与上面的料盘直径的距离为30mm各层之间用隔网隔开，每层的工件之间保留间隙6mm保证渗层的均匀性。
（4）、工艺参数：碳氮共渗温度820℃，碳势：1.25%，强渗时间为3h；扩散期温度为820℃，碳势为1.10%；扩散时间为3h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油温68℃，冷却时间为10分钟；回火温度170℃，回火时间2.5h，然后空冷；
（5）、每炉强渗期间采用钢箔定碳。
利用上述工艺方法对型号为6205E-2Z/01及6305E-2Z/01轴承套圈进行渗碳处理的产品具有热处理变形小，留量分布合理，保证了成品渗层的质量均匀性及最终获得大量细小弥散的碳氮化物，具有良好的热处理工艺性。6205E-2Z/01碳氮共渗处理后尺寸测量情况如下表1所示，6305E-2Z/01碳氮共渗处理后留量情况如下表2所示。
表1 6205E-2Z/01碳氮共渗处理后测量情况
单位：×0.01mm
表2 6305E-2Z/01碳氮共渗处理后留量情况