本發明屬于熱處理技術領域,涉及一種新氣氛的碳氮共滲熱處理工藝，特別涉及到一種高碳鉻軸承鋼GCr15軸承套圈碳氮共滲熱處理工藝。本發明僅適用于軸承套圈直徑不大于120mm，有效壁厚不小于2.0mm的軸承內外圈的在新氣氛下的碳氮共滲熱處理工藝。本發明適用于箱式多用爐，采用此種新氣氛對軸承零件進行碳氮共滲處理。
背景技術：
眾所周知，GCr15是軸承行業應用最廣泛的一種高碳鉻軸承鋼，國內外一些知名品牌的中小型精密軸承或者在特殊工況下使用的軸承，大都通過選用該材料，采用特殊的熱處理工藝，如采用碳氮共滲、超細化處理等工藝方法來提高工件的表面硬度及耐磨性能，提高軸承的使用壽命要求。常規的GCr15碳氮共滲工藝方案：甲醇+氨氣+丙烷的氣氛，CO含量達到30%左右，此種方案的缺點容易產生非馬組織、網狀組織、粗大碳化物；為了保證成品中無非馬組織、網狀組織、粗大碳化物等組織，還必須加大產品的預留留量，致使整個碳氮共滲周期延長，增加了熱處理整體能源消耗。而本發明擬通過改變碳氮共滲的氣氛即采用氮氣+甲醇+氨氣+丙烷的氣氛。
技術實現要素：
為了充分發揮現有高碳鉻軸承鋼GCr15的潛能，解決常規碳氮共滲熱處理工藝周期長、經濟性不好的問題，以及容易產生非馬組織、網狀組織、粗大碳化物的缺陷問題，本發明提供了一種新氣氛的碳氮共滲熱處理工藝，使處理后的軸承套圈具有更高的硬度、更高的耐磨性能和更長的壽命,提高了軸承運轉的可靠性，
為實現上述發明目的,本發明采用如下技術方案:
a、設備選用可用于滲碳處理的箱式多用爐。
b、滲碳介質：氮氣+甲醇+氨氣+丙烷；采用氧探頭控制碳勢，控制CO含量占為19%～21%，氨氣流量為0.30m3/h～0.35 m3/h，氮氣約3.8～4.1m3/h，甲醇約4.1～4.5L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探頭自動控制，實現對爐內氣氛碳勢的控制；
c、裝料方式：裝2層/盤～4層/盤，根據工件的高度選擇裝料層數，工件高度方向與上面的料盤直徑的距離為25mm～35mm；各層之間用隔網隔開，每層的工件之間保留間隙5mm～10mm保證滲層的均勻性。
d、工藝參數：碳氮共滲溫度815℃～825℃，氨氣流量為0.30m3/h～0.35 m3/h，氮氣約3.8～4.1m3/h，甲醇約4.1～4.5L/h，碳勢：1.20%～1.30%，強滲時間為3.0h～3.5h；擴散期溫度為815℃～825℃，氨氣流量為0.3m3/h～0.35 m3/h，氮氣約3.8～4.1m3/h，甲醇約4.1～4.5L/h，碳勢為1.10%～1.20%；擴散時間為3.0h～3.5h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油溫60℃～80℃，冷卻時間為8～15分鐘；回火溫度165℃～175℃，回火時間2.5h～3h，然后空冷。
e、每爐強滲期間采用鋼箔定碳。
本發明所述的軸承套圈碳氮共滲熱處理工藝能在相對短的時間內獲得一定深度的碳氮共滲層，并且在套圈成品后仍然獲得比較合理的硬化層深度，并保證表面以及次表層獲得較高的硬度。
由于采用如上所述的技術方案,本發明具有如下優越性：
1、采用了一種新碳氮共滲氣氛、較為合適的碳氮共滲溫度、合理的碳勢、較為合理的強滲和擴散比例約1:1～1:1.2，解決了傳統工藝容易產生非馬組織、網狀組織、粗大碳化物以及晶界氧化等缺陷，保證了滲層的熱處理質量和成品質量。同時本方案與比常規碳氮共滲工藝相比具有周期短，整個周期能夠縮短至少1/3的熱處理加工時間；從而實現碳氮共滲熱處理工藝的實用性、經濟性和有效性。采用氧探頭進行碳勢控制，控制CO含量為19%～21%，并采用合理的碳勢、氨氣留量及強滲和擴散期的時間比，解決非馬組織、網狀組織等組織缺陷，并縮短整個熱處理工藝流程，
2、本發明所述的軸承套圈碳氮共滲熱處理工藝能在相對短的時間內獲得一定深度的碳氮共滲層，并且在套圈成品后仍然獲得比較合理的硬化層深度，并保證表面以及次表層獲得較高的硬度。本發明所述該工藝處理的成品具有表面硬度分布在HV793～HV800，次表層硬度在HV798～HV809（0.20mm處檢測值）；淬火后的表面硬度高達HV865～HV896，與一般淬回火的軸承相比成品零件的表面硬度提高1HRC～2HRC。
3、該工藝處理的產品具有熱處理變形小，留量分布合理，保證了成品滲層的質量均勻性及最終獲得大量細小彌散的碳氮化物，具有良好的熱處理工藝性。
4、成品套圈表面層分布有大量細小彌散的碳氮化合物，獲得的殘余奧氏體約為12.6%-25.4%，可提高軸承的耐磨性能。與常規的馬氏體淬回火工藝相比,這種工藝處理后的套圈具有更高的韌性和更長的疲勞壽命。而心部組織并沒有粗大的針狀馬氏體，心部組織獲得均勻一致的隱晶馬氏體組織晶粒細小，其晶粒度為11級。
5、良好的應力分布狀態，碳氮共滲處理工件表面成品的殘余應力為-408MPa～-503MPa，三個試樣成品表面的殘余應力、殘奧、半高寬分布如下表所示。
6、獲得良好的滲層分布：淬火后層深為0.60mm～0.80mm，回火后0.50mm～0.70mm，成品后層深為0.40mm～0.50mm。
7、該滲層具有較高的抗回火穩定性，即使在較高的回火溫度240℃下回火，表面硬度仍能達到HV766，心部硬度達到HV709。
具體實施方式
實施例1：所述的新氣氛的碳氮共滲熱處理工藝如下：
（1）、設備選用UBE-1200多用爐。
（2）、滲碳介質：氮氣+甲醇+氨氣+丙烷；采用氧探頭控制碳勢，控制CO含量占為20%(滲碳介質全部含量)，氨氣流量為0.32m3/h，氮氣約4m3/h，甲醇約4.4L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探頭自動控制，實現對爐內氣氛碳勢的控制；
（3）、裝料方式：裝3層/盤，根據工件的高度選擇裝料層數，工件高度方向與上面的料盤直徑的距離為30mm；各層之間用隔網隔開，每層的工件之間保留間隙6mm保證滲層的均勻性。
（4）、工藝參數：碳氮共滲溫度820℃，碳勢：1.25%，強滲時間為3h；擴散期溫度為820℃，碳勢為1.15%；擴散時間為3h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油溫68℃，冷卻時間為10分鐘；回火溫度170℃，回火時間2.5h，然后空冷；
（5）、每爐強滲期間采用鋼箔定碳。
實施例2：所述的新氣氛的碳氮共滲熱處理工藝如下：
（1）、設備選用UBE-1200多用爐。
（2）、滲碳介質：氮氣+甲醇+氨氣+丙烷；采用氧探頭控制碳勢，控制CO含量占為19.5%，氨氣流量為0.32m3/h，氮氣約4.1m3/h，甲醇約4.2L/h,丙烷流量的通入量大小采用氧探頭自動控制，實現對爐內氣氛碳勢的控制；
（3）、裝料方式：裝3層/盤，根據工件的高度選擇裝料層數，工件高度方向與上面的料盤直徑的距離為30mm各層之間用隔網隔開，每層的工件之間保留間隙6mm保證滲層的均勻性。
（4）、工藝參數：碳氮共滲溫度820℃，碳勢：1.25%，強滲時間為3h；擴散期溫度為820℃，碳勢為1.10%；擴散時間為3h；淬火采用KR-218快速光亮淬火油，油溫68℃，冷卻時間為10分鐘；回火溫度170℃，回火時間2.5h，然后空冷；
（5）、每爐強滲期間采用鋼箔定碳。
利用上述工藝方法對型號為6205E-2Z/01及6305E-2Z/01軸承套圈進行滲碳處理的產品具有熱處理變形小，留量分布合理，保證了成品滲層的質量均勻性及最終獲得大量細小彌散的碳氮化物，具有良好的熱處理工藝性。6205E-2Z/01碳氮共滲處理后尺寸測量情況如下表1所示，6305E-2Z/01碳氮共滲處理后留量情況如下表2所示。
表1 6205E-2Z/01碳氮共滲處理后測量情況
單位：×0.01mm
表2 6305E-2Z/01碳氮共滲處理后留量情況