链条销轴碳氮共渗工艺的制作方法

本发明涉及一种碳氮共渗工艺，特别是一种链条销轴碳氮共渗工艺。

背景技术：

目前，传统的碳氮共渗工艺选用甲醇、氨气、丙烷等共渗介质同时对工件提供氛围进行热处理，此过程中碳元素和氮元素同时进行渗透，然后辅以淬火、回火等手段达到增强工件强度和耐磨性等技术要求。经传统碳氮共渗工艺后的工件，其表面金相组织为：隐针状回火马氏体(1～2级)+碳氮化合物+残余奥氏体，其中残余奥氏体含量约为5～10％，残余奥氏体会影响零件表面的硬度和耐磨性，因此利用该工艺作为最终热处理的工件，其表面硬度和耐磨性能无法进一步提升，由此而产生技术瓶颈。链条销轴作为链条链板间的连接件，其硬度要求高，直接影响到产品的耐久性能，目前，采用传统碳氮共渗工艺生产的链条销轴硬度上限为750hv0.1，在产品不断改良的当下，这个硬度上限亟需得到突破，因此，研发一种新的链条销轴碳氮共渗工艺是目前的大势所趋。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种链条销轴碳氮共渗工艺。它具有减少了工件在热处理后的残余奥氏体含量，提高了工件表面硬度和耐磨性能的优点。

本发明的技术方案：链条销轴碳氮共渗工艺，包括以下步骤：

步骤a、渗碳处理：在网带炉或转炉中对工件进行渗碳处理，渗碳介质为甲醇和煤油，加热温度895～925℃，保温时间35～45min；

步骤b、渗碳淬火：渗碳处理保温时间达到后，利用20～80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤c、渗碳回火：对完成渗碳淬火的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火；

步骤d、渗氮处理：在网带炉或转炉中对工件进行渗氮处理，渗氮介质为氨气，加热温度835～865℃，保温时间40～60min；

步骤e、渗氮淬火：渗氮处理保温时间达到后，利用20～80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤f、渗氮回火：对完成渗氮淬火的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火；

步骤g、深冷处理：在深冷箱中对工件进行深冷处理，深冷温度-90～-70℃，保温时间90～120min；

步骤h、空气冷却：深冷处理保温时间达到后，将工件置于空气中回复到室温；

步骤i、深冷回火：对回复到室温的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火。

前述的链条销轴碳氮共渗工艺中，所述步骤a中渗碳介质甲醇的用量为2.0～2.5ml/min，渗碳介质煤油的用量为3.0～3.5ml/min。

前述的链条销轴碳氮共渗工艺中，所述步骤d中渗氮介质氨气的用量为350～400l/h。

与现有技术相比，本发明的碳氮共渗工艺将渗碳和渗氮工序分开进行，并且增加了深冷处理的工序，有效提高了工件表面硬度和耐磨性能。具体地，本发明先对工件进行渗碳处理，旨在快速均匀地将碳元素渗入，保证工件的渗碳层厚度均匀，细化晶粒，渗碳之后的淬火和回火工艺提高工件表面硬度和心部韧性，使工件在高频冲击载荷的工况下，具有更高的疲劳强度；进一步地，完成渗碳处理后再进行渗氮处理，可在渗碳层的基础上渗入氮元素，形成更为致密的碳氮化合物，增强工件耐磨性能，渗氮之后的淬火和回火工艺可消除工件内应力，进一步提升工件韧性，使工件在高频冲击载荷的工况下，具有更高的疲劳强度。本发明采用渗碳和渗氮分开进行的工艺，可有效减少工件变形量，这对于链条销轴等精密部件的加工来说尤显重要。

更进一步地，本发明增加了深冷处理工序，将工件置于零下低温的环境中进行保温，保温后再依次回复到室温和回火，经深冷处理后的工件表面残余奥氏体可显著减少，突破传统碳氮共渗工艺的技术瓶颈。

综上，本发明具有减少了工件在热处理后的残余奥氏体含量，提高了工件表面硬度和耐磨性能的优点。

附图说明

图1是本发明实施例4中各步骤的处理温度与时间的关系图；

图2是实施例4参数条件下两种工艺下的工件表面硬度比较图；

图3是实施例4参数条件下两种工艺下的工件磨损伸长率比较图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1：链条销轴碳氮共渗工艺，包括以下步骤：

步骤a、渗碳处理：在网带炉或转炉中对工件进行渗碳处理，渗碳介质为甲醇和煤油，加热温度895～925℃，保温时间35～45min；

步骤b、渗碳淬火：渗碳处理保温时间达到后，利用20～80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤c、渗碳回火：对完成渗碳淬火的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火；

步骤d、渗氮处理：在网带炉或转炉中对工件进行渗氮处理，渗氮介质为氨气，加热温度835～865℃，保温时间40～60min；

步骤e、渗氮淬火：渗氮处理保温时间达到后，利用20～80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤f、渗氮回火：对完成渗氮淬火的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火；

步骤g、深冷处理：在深冷箱中对工件进行深冷处理，深冷温度-90～-70℃，保温时间90～120min；

步骤h、空气冷却：深冷处理保温时间达到后，将工件置于空气中回复到室温；

步骤i、深冷回火：对回复到室温的工件加热到170～190℃并保温170～190min进行低温回火。

所述步骤a中渗碳介质甲醇的用量为2.0～2.5ml/min，渗碳介质煤油的用量为3.0～3.5ml/min。

所述步骤d中渗氮介质氨气的用量为350～400l/h。

步骤a、步骤b、步骤c合在一起为渗碳阶段，其作用主要是为了快速均匀地进行碳元素的渗入，保证工件渗碳层厚度均匀，渗碳淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，使工件表面得到马氏体组织，由于工件表面在渗碳淬火后得到的是一种硬而脆的马氏体组织，再对其进行渗碳回火处理，可大幅提高工件的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等。

步骤d、步骤e、步骤f合在一起为渗氮阶段，其作用是在渗碳层的基础上渗入氮元素，形成更为致密的碳氮化合物，增强工件耐磨性能，渗氮处理后，对工件进行渗氮淬火得到更高表面硬度、更大硬化层深度的工件，同时使工件具有抗腐蚀、高疲劳强度等性能，对渗氮淬火后的工件进行渗氮回火，可提高渗氮淬火后工件的韧性。

步骤g、步骤h、步骤i合在一起为深冷阶段，其作用是有效减少工件表面残余奥氏体含量，提高工件弹性极限，使工件尺寸稳定，后续加工的变形量少，对于硬度要求较高、动载荷较大的工件，深冷处理后进行深冷回火可有效满足使用要求。

实施例2：链条销轴碳氮共渗工艺，包括以下步骤：

步骤a、渗碳处理：在网带炉中对工件进行渗碳处理，渗碳介质为甲醇和煤油，其中渗碳介质甲醇的输入流量为2.0ml/min，渗碳介质煤油的输入流量为3.0ml/min，加热温度895℃，保温时间35min；

步骤b、渗碳淬火：渗碳处理保温时间达到后，利用20℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤c、渗碳回火：对完成渗碳淬火的工件加热到170℃并保温170min进行低温回火；

步骤d、渗氮处理：在网带炉中对工件进行渗氮处理，渗氮介质为氨气，其中渗氮介质氨气的通入流量为350l/h，加热温度835℃，保温时间40min；

步骤e、渗氮淬火：渗氮处理保温时间达到后，利用20℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤f、渗氮回火：对完成渗氮淬火的工件加热到170℃并保温170min进行低温回火；

步骤g、深冷处理：在深冷箱中对工件进行深冷处理，深冷温度-90℃，保温时间90min；

步骤h、空气冷却：深冷处理保温时间达到后，将工件置于空气中回复到室温；

步骤i、深冷回火：对回复到室温的工件加热到170℃并保温170min进行低温回火。

实施例3：链条销轴碳氮共渗工艺，包括以下步骤：

步骤a、渗碳处理：在转炉中对工件进行渗碳处理，渗碳介质为甲醇和煤油，其中渗碳介质甲醇的输入流量为2.5ml/min，渗碳介质煤油的输入流量为3.5ml/min，加热温度925℃，保温时间45min；

步骤b、渗碳淬火：渗碳处理保温时间达到后，利用80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤c、渗碳回火：对完成渗碳淬火的工件加热到190℃并保温190min进行低温回火；

步骤d、渗氮处理：在转炉中对工件进行渗氮处理，渗氮介质为氨气，其中渗氮介质氨气的通入流量为400l/h，加热温度865℃，保温时间60min；

步骤e、渗氮淬火：渗氮处理保温时间达到后，利用80℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤f、渗氮回火：对完成渗氮淬火的工件加热到190℃并保温190min进行低温回火；

步骤g、深冷处理：在深冷箱中对工件进行深冷处理，深冷温度-70℃，保温时间120min；

步骤h、空气冷却：深冷处理保温时间达到后，将工件置于空气中回复到室温；

步骤i、深冷回火：对回复到室温的工件加热到190℃并保温190min进行低温回火。

实施例4：链条销轴碳氮共渗工艺，包括以下步骤：

步骤a、渗碳处理：在转炉中对工件进行渗碳处理，渗碳介质为甲醇和煤油，其中渗碳介质甲醇的输入流量为2.25ml/min，渗碳介质煤油的输入流量为3.25ml/min，加热温度910℃，保温时间40min；

步骤b、渗碳淬火：渗碳处理保温时间达到后，利用50℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤c、渗碳回火：对完成渗碳淬火的工件加热到180℃并保温180min进行低温回火；

步骤d、渗氮处理：在转炉中对工件进行渗氮处理，渗氮介质为氨气，其中渗氮介质氨气的通入流量为375l/h，加热温度850℃，保温时间50min；

步骤e、渗氮淬火：渗氮处理保温时间达到后，利用50℃的淬火油对工件进行快速淬火；

步骤f、渗氮回火：对完成渗氮淬火的工件加热到180℃并保温180min进行低温回火；

步骤g、深冷处理：在深冷箱中对工件进行深冷处理，深冷温度-80℃，保温时间105min；

步骤h、空气冷却：深冷处理保温时间达到后，将工件置于空气中回复到室温；

步骤i、深冷回火：对回复到室温的工件加热到180℃并保温180min进行低温回火。

步骤a、步骤b、步骤c合在一起为渗碳阶段，其作用主要是为了快速均匀地进行碳元素的渗入，保证工件渗碳层厚度均匀，渗碳淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，使工件表面得到马氏体组织，由于工件表面在渗碳淬火后得到的是一种硬而脆的马氏体组织，再对其进行渗碳回火处理，可大幅提高工件的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等。

步骤d、步骤e、步骤f合在一起为渗氮阶段，其作用是在渗碳层的基础上渗入氮元素，形成更为致密的碳氮化合物，增强工件耐磨性能，渗氮处理后，对工件进行渗氮淬火得到更高表面硬度、更大硬化层深度的工件，同时使工件具有抗腐蚀、高疲劳强度等性能，对渗氮淬火后的工件进行渗氮回火，可提高渗氮淬火后工件的韧性。

步骤g、步骤h、步骤i合在一起为深冷阶段，其作用是有效减少工件表面残余奥氏体含量，提高工件弹性极限，使工件尺寸稳定，后续加工的变形量少，对于硬度要求较高、动载荷较大的工件，深冷处理后进行深冷回火可有效满足使用要求。

经大量研究和试验表明，深冷处理后的工件表面残余奥氏体显著减少，由此而产生的功效突出，突破了传统碳氮共渗工艺的技术瓶颈。

本实施例中，各步骤的处理温度与处理时间的关系如图1所示，链条销轴采用本实施例的碳氮共渗工艺处理后的产品硬度可达到900hv0.1以上，有效提升了产品表面硬度和耐磨性能。该工艺应用于齿形链的销轴后，经市场验证，产品耐久性能得到大幅度提升，大大减少了产品不良情况的发生。

在本实施例参数条件下，分别对利用本发明碳氮共渗工艺和普通碳氮共渗工艺处理后的5组链条销轴工件进行表面硬度数据的实测，实测结果比较图如图2所示，图2横坐标代表标识序数，共5件，纵坐标为实测硬度数值(单位hv0.1)，图2中的数据具体为：采用本发明碳氮共渗工艺处理后的5件工件的表面硬度分别为926hv0.1、941hv0.1、937hv0.1、925hv0.1、935hv0.1，普通碳氮共渗工艺处理后5件工件的表面硬度分别为852hv0.1、863hv0.1、849hv0.1、837hv0.1、867hv0.1；分析可得采用本发明碳氮共渗工艺处理后的链条销轴工件的表面硬度明显高于普通碳氮共渗工艺处理后工件的表面硬度，且采用本发明碳氮共渗工艺处理后的链条销轴工件的表面硬度均达到了900hv0.1以上，也即本发明有效提升了产品的表面硬度。

在本实施例参数条件下，分别对利用本发明碳氮共渗工艺和普通碳氮共渗工艺处理后的5组链条销轴工件进行500小时磨损伸长率试验，试验结果比较图如图3所示，图3横坐标代表时间(单位小时)，纵坐标为磨损伸长率(％)，从图3的结果中，可明显得出采用本发明碳氮共渗工艺处理后的链条销轴工件在500小时内的磨损伸长率均低于同时段的采用普通碳氮共渗工艺处理后工件的磨损伸长率，也即本发明有效提升了产品的耐磨性能。

图3中的数据数值具体见下表：

除此之外，本发明的碳氮共渗工艺还可应用于冲压模具易损件，可提高三倍使用寿命。