使用稀土材料的34CrNi3MoA钢氮化方法与流程

本发明涉及一种34CrNi3MoA钢的氮化方法。

背景技术：

34CrNi3MoA钢是一种应用较为广泛的钢材，尤其是经过渗氮处理后，常常用于制造高强度、塑性好的重要零部件，如齿轮、轴等零部件。但该种氮化材料传统氮化工艺的氮化渗速较慢、氮化层硬度较低，很难达到设计要求的HV550～750，层深＞0.7mm的要求。渗氮过程是一个相变扩散的过程，影响各渗氮相中氮扩散系数的因素有钢的化学成分(碳和合金元素的含量)、渗氮的温度、工件的塑性变形等。在恒定温度下，扩散速度主要与钢中的化学成分有关，与渗氮环境关系不大，从钢中的合金元素对氮化层硬度和厚度的影响曲线可以看出，Ni元素的存在不利于提高氮化层硬度及氮化层厚度，且在氮化过程中形成的氮化物的稳定性较差，进而造成34CrNi3MoA钢氮化后的表面硬度较低、渗氮速度较慢。因此，该34CrNi3MoA钢的氮化操作存在极大难度。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决34CrNi3MoA钢传统氮化工艺生产过程中的氮化渗速缓慢、氮化层硬度低的问题，而提供一种使用稀土材料的34CrNi3MoA钢氮化方法。

使用稀土材料的34CrNi3MoA钢氮化方法，具体是按以下步骤完成的：

将稀土催渗剂装入带上口的铁罐中，采用硅酸铝毡将铁罐的上口塞紧，然后与待渗氮34CrNi3MoA钢零部件一起装入氮化炉中，根据氮化炉的容积按照200g/m³～400g/m³使用稀土催渗剂，然后升温至500±5℃，在温度为500±5℃下氮化18h～22h，然后升温至550±5℃，在温度为550±5℃下氮化45h～50h，再降温至480±5℃，在温度为480±5℃下氮化18h～22h，自然冷却至室温，得到氮化后34CrNi3MoA钢零部件。

本发明优点：一、本发明使34CrNi3MoA钢氮化层的相比传统氮化提高表面硬度HV40～80左右，同时可提高渗速10～15％，可大幅度缩短工艺时间，同时可降低生产成本；二、本发明采用稀土催渗剂的34CrNi3MoA钢三段法氮化工艺，可以满足氮化层≥0.7mm，硬度HV≥550(距表面0.15～0.2mm位置处)，氮化层脆性≤3级的技术要求。三、本发明工艺简单，适合广泛推广使用。

本发明主要用于34CrNi3MoA钢的氮化。

附图说明

图1是实施例1中条状的稀土催渗剂装载示意图，图中1表示带上口的铁罐，图中2表示条状的稀土催渗剂，图中3表示硅酸铝毡；

图2是实施例1氮化工艺曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是使用稀土材料的34CrNi3MoA钢氮化方法，具体是按以下步骤完成的：

将稀土催渗剂装入带上口的铁罐中，采用硅酸铝毡将铁罐的上口塞紧，然后与待渗氮34CrNi3MoA钢零部件一起装入氮化炉中，根据氮化炉的容积按照200g/m³～400g/m³使用稀土催渗剂，然后升温至500±5℃，在温度为500±5℃下氮化18h～22h，然后升温至550±5℃，在温度为550±5℃下氮化45h～50h，再降温至480±5℃，在温度为480±5℃下氮化18h～22h，自然冷却至室温，得到氮化后34CrNi3MoA钢零部件。

本实施例方式第一段采用500±5℃氮化18h～22h，目的是提高34CrNi3MoA钢氮化件表面的硬度，使氮化层硬度超过要求HV200以上，但此时层深较浅；第二段采用550±5℃氮化45h～50h，目的是增加氮化层的深度，但氮化层硬度会随着温度提高而降低；第三段采用低温的480±5℃氮化18h～22h，目的是重新提高34CrNi3MoA钢氮化层表面的硬度，使其满足设计要求。

将稀土催渗剂装入带上口的铁罐中，采用硅酸铝毡将铁罐的上口塞紧，硅酸铝毡带空隙，将稀土催渗剂装入铁罐中，并采用硅酸铝毡塞紧，目的是控制稀土催渗剂的扩散速度，由于在加热过程中稀土催渗剂极易挥发，因此采用硅酸铝毡进行铁罐开口位置的塞紧，硅酸铝毡具有多孔结构，可以减缓催渗剂的挥发，保证催渗剂在整个氮化过程中缓慢恢复，使氮化整个过程中均由催渗剂的存在，避免中途添加催渗剂，提高催渗剂的使用效率。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述稀土催渗剂为稀土合金，且稀土合金以镧系元素为主。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述稀土合金为La-Ce合金，La-Ce合金中镧元素的质量分数为35％，铈元素的质量分数为65％。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述稀土催渗剂呈条状。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述待渗氮34CrNi3MoA钢零部件加入氮化炉前先进行清理，清理过程如下：

将34CrNi3MoA钢零部件抛光，至34CrNi3MoA钢零部件氮化面表面粗糙度Ra为0.8μm～1.6μm，然后使用酒精清洗，即得到待渗氮34CrNi3MoA钢零部件。

其他与具体实施方式一至四相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

采用下述试验验证本发明效果

实施例1：参照图1，使用稀土材料的34CrNi3MoA钢氮化方法，具体是按以下步骤完成的：

稀土催渗剂呈条状，带上口的铁罐的规格为φ60mm×100mm，根据氮化炉的容积按照300g/m³取5条稀土催渗剂装入带上口的铁罐中，采用硅酸铝毡将铁罐的上口塞紧，然后与待渗氮34CrNi3MoA钢零部件一起装入氮化炉中，然后升温至500±5℃，在温度为500±5℃下氮化20h，然后升温至550±5℃，在温度为550±5℃下氮化48h，再降温至480±5℃，在温度为480±5℃下氮化20h，自然冷却至室温，得到氮化后34CrNi3MoA钢零部件。

所述稀土催渗剂为稀土合金，且所述稀土合金为La-Ce合金，La-Ce合金中镧元素的质量分数为35％，铈元素的质量分数为65％。

所述待渗氮34CrNi3MoA钢零部件加入氮化炉前先进行清理，清理过程如下：

将34CrNi3MoA钢零部件抛光，至34CrNi3MoA钢零部件氮化面表面粗糙度Ra为0.8μm～1.6μm，然后使用酒精清洗，即得到待渗氮34CrNi3MoA钢零部件。

图1是实施例1中条状的稀土催渗剂装载示意图，图中1表示带上口的铁罐，图中2表示条状的稀土催渗剂，图中3表示硅酸铝毡。

图2是实施例1氮化工艺曲线，通过图2可知，实施例1在温度为500±5℃下氮化20h过程中，氨分解率为15％～30％，在温度为550±5℃下氮化48h过程中，氨分解率为40％～50％，在温度为480±5℃下氮化20h过程中，氨分解率为25％～35％。

实施例1得到的34CrNi3MoA钢氮化层的相比传统氮化提高表面硬度HV72，提高渗速12.4％，因此本发明氮化工艺可大幅度缩短工艺时间，同时可降低生产成本。

实施例1得到的34CrNi3MoA钢氮化层厚度为0.75mm，满足氮化层≥0.7mm，实施例1得到的34CrNi3MoA钢氮化层距表面0.15～0.2mm位置处硬度HV为580，满足硬度HV≥550。