专利名称：快速深层氮化处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属金属化学热处理工艺。
为了提高氮化速度，生产上常采用二段氮化，三段氮化，或者在炉内通入(或加入)氧、腐蚀性的气体(或固体)进行催渗。因通入气体或加入固体有腐蚀性，将影响劳动条件，排气管也易被堵塞。二段氮化的第一阶段氮化温度为510～520℃左右，为了提高氮化速度，第二阶段氮化温度为550～560℃。三段氮化是二段氮化的改进，其第一阶段、第二阶段的氮化温度与二段氮化基本相同外，为了提高硬度，增加了第三阶段氮化，其氮化温度为510～520℃。二段氮化和三段氮化虽然能提高氮化速度，但要使氮化层深度达0.7mm以上，氮化时间一般都大于60小时。即是说，采用二段或三段氮化工艺进行深层氮化处理时，速度是比较慢的。
本发明针对上述问题，研究了快速深层氮化处理工艺。
碳钢工件氮化后，氮化层中含有ε、r′、αN，对合金钢氮化件而言，还含有合金氮化物。氮在ε相中的扩散速度，远远小于在α相中的扩散速度，表面形成的ε相阻碍了氮的扩散，也就阻碍了氮化速度的提高，采用周期性的氮化后时效，使ε转变为α″和Fe3C，形成α″通道和若干缺陷、界面，有利于提高氮的扩散速度，从而达到快速深层氮化的目的。
快速深层氮化处理工艺，由工件在通氨的氮化炉内从室温开始升温，周期性的氮化-时效和随炉冷却至某一温度停止供氨后出炉空冷组成。炉内氨压或氨分解率与常规氮化相同，如对离子氮化，炉内抽至9×10-1～1×10-2mmHg的真空后，通入氨气，氨压为2～5mmHg柱;对气体氮化氨分解率为18～25%。工件入炉后，平均升温速度为100～650℃/h，其值由工件形状和装炉量而定。装炉量大，工件形状复杂，升温速度应慢一些，相反则快一些，升温至氮化温度(480～580℃)以后，进行第一周期的氮化，氮化时间为2～8小时。第一周期氮化结束后，工件以400～650℃/h的平均速度随炉冷至200～450℃进行第一周期的时效，时效时间为0.25～2小时。氮化温度，氮化时间，时效温度和时效时间的选择，与材料和对氮化层的要求等有关。要求氮化层硬度高时，氮化温度应低一些，希望氮化速度快时，氮化温度应高一些;对离子氮化，每一周期的氮化时间可少一些，对气体氮化氮化时间可长一些;含合金元素少的钢，时效温度可取低一些，时间短一些，含合金元素多的钢，时效温度可取高一些，时间长一些。时效结束后，第一周期结束，以后各周期工件以400～650℃/h的平均速度升温到第一周期的氮化温度，均重复第一周期的工艺参数(升温速度，氮化温度，氮化时间，降温速度，时效时间，时效温度)，进行第n(n＝2，3，......)周期的处理。每一周期中，氮化时间与时效时间的比值为3∶1～10∶1，时效温度高，可以取上限，相反则取下限。工件处理的周期数n，由氮化层深决定，可在2～10范围内选取，要求层深特别深时可取上限。最后一周期时效处理后，立即停止供氨，并抽去炉内氨气，工件以100～400℃/h的速度随炉冷却至100～200℃出炉空冷，整个快速氮化工艺即告结束。
本发明适用于离子氮化，气体氮化，盐浴氮化和软氮化。
采用本发明进行工件深层氮化处理时，平均氮化速度较现有工艺提高一倍以上，它既节约能源，又节约工时。
实施例
图1为45钢快速深层离子氮化处理工艺曲线，横坐标为时间(h)，纵坐标为温度(℃)，共处理三个周期。工件放在阴极盘上，抽予真空至9×10-1mmHg柱，向炉内通氨，并保持氨压为3mmHg柱左右，以580～620℃/h的平均速度加热到(560±10)℃进行氮化，氮化3小时后，以580～620℃/h的平均速度随炉冷却至(300±10)℃保温0.5小时进行时效处理，氮化时间∶时效时间为6∶1。时效结束后，第一周期结束，以580～620℃/h的平均速度又加热到氮化温度(560±10)℃，均重复第一周期的工艺参数(升温速度，氮化温度，氮化时间，降温速度，时效时间，时效温度)，进行第二周期和第三周期的处理。第三周期时效结束后，停止供氨，并抽去炉内氨气，以190～210℃/h的平均速度随炉冷却至180～200℃出炉空冷。
图2为45钢经该工艺处理后的硬度梯度曲线，横坐标为层深(mm)，纵坐标为显微硬度(Hm)。由图2可见，心部硬度为Hm230，由JB2841-80标准可知，Hm260处对应的深度(0.7mm)，就是氮化层深，即13小时达到的层深为0.7mm。
权利要求
1.一种快速深层氮化处理工艺，包括把被处理工件放入通氨的氮化炉内从室温开始升温，周期性的氮化与时效处理，停止供氨后随炉冷却至一定温度出炉空冷，其特征在于(1).被处理工件入炉后，在第一周期，以每小时100～650℃的平均升温速度升至480～580℃的氮化温度，氮化2～8小时，又以每小时400～650℃的平均速度随炉冷却至200～450℃，时效0.25～2小时。(2).第2～10周期，每周期是在前一周期时效处理后，均按每小时400～650℃的平均速度升温到第一周期氮化温度，均重复第一周期的氮化时间、随炉降温速度、时效温度和时效时间，最后一周期时效处理后，以每小时100～400℃的速度随炉冷却至100～200℃出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的快速深层氮化处理工艺，其特征在于45钢被处理工件入炉后，在第一周期以每小时580～620℃的平均速度加热到(560±10)℃的氮化温度，氮化3小时，又以每小时580～620℃的平均速度随炉冷却至(300±10)℃，保温0.5小时进行时效处理;从第二到第三周期，每一周期是在前一周期时效处理后，均按每小时580～620℃的平均速度加热到第一周期的氮化温度，均重复第一周期的氮化时间、随炉降温速度、时效温度与时间;第三周期时效处理后，以每小时190～210℃的速度随炉冷却至180～200℃出炉空冷。
全文摘要
快速深层氮化处理工艺，由工件在通氨的氮化炉内从室温开始升温，周期性的氮化-时效和随炉冷却至某一温度停止供氨后出炉空冷组成。这种处理工艺能耗低，工件变形小，工艺简单，操作方便，采用本发明进行工件深层氮化处理时，平均氮化速度较现有工艺提高一倍以上，它既节约能源，又节约工时。本发明适用离子氮化，气体氮化，盐浴氮化和软氮化。
文档编号C23C8/26GK1069076SQ9110726
公开日1993年2月17日 申请日期1991年7月27日 优先权日1991年7月27日
发明者周上祺, 胡振纪, 任勤, 严金淮, 范秋林, 李辉 申请人:重庆大学