一種高效控制離子滲氮形成的氮化疏松層的熱處理方法與流程

本發明屬于金屬表面化學熱處理技術，涉及一種高效控制離子滲氮形成的氮化疏松層的熱處理方法。

背景技術：

齒輪具有良好的綜合性能，為滿足其表面耐磨性能，通常采用滲氮方法，主要有：(1)離子滲氮；(2)鹽浴滲氮；(3)氣體滲氮等。離子滲氮化學熱處理中開發最早、應用范圍最廣的一項技術，具有滲層均勻，效率高，污染少，處理時間短，工件變形小等優點而被廣泛使用，已成為許多產品零件不可或缺的表面強化工藝。

為了提高齒輪表面的硬度及耐摩性，現階段國內通常使用離子滲氮作為提高齒輪表面性能的有效熱處理方法，但由于離子滲氮工藝不當，氮化層中普遍存在嚴重疏松現象，嚴重降低了42CrMo氮化層的表面硬度和耐磨性能，同時還降低了其表面的粗糙度，影響了42CrMo使用過程中的接觸疲勞強度。為了克服以上缺陷，實際生產中一般采多次返工處理等方法，但其返工合格率較低，處理成本較高等不足之處。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：基于上述問題，本發明提供一種高效控制離子滲氮形成的氮化疏松層的熱處理方法。

本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是：一種高效控制離子滲氮形成的氮化疏松層的熱處理方法，包括以下步驟：

(1)將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至小于10Pa，調節電壓為最大值、緩慢調節電流數值直至起輝，通入氫氣進行離子濺射10min，繼續通入氮氣，調節氮氣和氫氣的流量比為1：3，繼續升溫；

(2)待溫度升到氧化溫度250～350℃時，關閉氮氣和氫氣閥門，通入空氣，空氣流量為3～5L/min，爐內氣氛壓力為50～150Pa，保溫時間為0.25～1h；

(3)關閉空氣閥門，開啟氮氣和氫氣閥門，調節氮氣和氫氣的流量比為1：3，繼續升溫達到滲氮溫度560℃時開始計時進行離子滲氮，滲氮氣氛壓力為300～400Pa，保溫時間為10h；

(4)離子氮化后逐漸減少氫氣的流量至零，將電壓、電流表示數調為零，通入適量氮氣冷卻，冷卻到室溫后將試樣取出。

進一步地，步驟(2)中空氣流量為4L/min，爐內氣氛壓力為100Pa，保溫時間為0.5h。

本發明的有益效果是：(1)本發明彌補了離子滲氮的不足之處，離子氮化前增加氧化處理過程，在材料表面生成致密的氧化層，增加表面自由能，提高了工件表面的氮含量使離子氮化后的金相組織中消除了疏松，提高了42CrMo表面硬度、耐磨性及其工件的等級精度，徹底解決了疏松可能帶來的一系列質量問題，進一步提高了滲氮層的綜合性能氮化疏松級別。根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化疏松級別從原先4級提高為1級。

(2)本發明不用添加任何輔助設備，操作簡單，預氧化介質為空氣，而且氧化溫度較低，降低了能源的消耗，具有處理成本低和生產效率高等優點；氧化與離子滲氮連續進行，并且在同一離子滲氮爐內，相比現有的氧化技術，該技術操作簡單易行。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是對比例中得到的模具的金相組織圖；

圖2是實施例中得到的模具的金相組織圖。

具體實施方式

現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。

對比例

將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至小于10Pa，調節電壓為最大值、緩慢調節電流數值直至起輝，通入氫氣進行離子濺射10min，繼續通入氮氣，調節氮氣和氫氣的流量比為1：3，繼續升溫。

待溫度達到滲氮溫度560℃時開始計時進行離子滲氮，滲氮氣氛壓力為350Pa，保溫時間為10h。

離子滲氮結束后，關閉氮氣和氫氣閥門。待溫度降到室溫后取出試樣，最后進行金相組織評判。

實驗結果：見圖1，從圖中可得出氮化層中疏松層較為嚴重，根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化疏松級別可評判為4級。

實施例

將42CrMo齒輪放入離子滲氮爐中，抽真空至小于10Pa，調節電壓為最大值、緩慢調節電流數值直至起輝，通入氫氣進行離子濺射10min，繼續通入氮氣，調節氮氣和氫氣的流量比為1：3，繼續升溫。

待溫度升到氧化溫度350℃時，關閉氮氣和氫氣閥門，通入空氣，空氣流量為4L/min，爐內氣氛壓力為100Pa，保溫時間為0.5h。

關閉空氣閥門，開啟氮氣和氫氣閥門，調節氮氣和氫氣的流量比為1：3，繼續升溫，待溫度達到滲氮溫度560℃時開始計時進行離子滲氮，滲氮氣氛壓力為350Pa，保溫時間為10h。

離子滲氮結束后，關閉氮氣和氫氣閥門。待溫度降到室溫后取出實驗試樣，最后進行金相組織評判。

實驗結果：見圖2，從圖中可得出氮化層中無疏松現象，徹底解決了疏松可能帶來的一系列質量問題，根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化疏松級別可評判為1級。由此可知，齒輪材料42CrMo離子氮化前增加氧化處理可高效控制氮化層疏松級別。

表1對比例與實施例工藝生成的疏松層對比

由表1可知，齒輪材料42CrMo離子氮化前，預先對起設定氧化溫度350℃，氧化時間為0.5h，氧化后對其在560℃離子滲氮10h。離子滲氮處理后，其氮化層中無疏松現象，進而避免了氮化層中疏松現象，提高了42CrMo表面硬度、耐磨性及其工件的等級精度，徹底解決了疏松可能帶來的一系列質量問題，根據GB/T11354金相組織評判標準，氮化疏松級別從原先4級提高為1級。本發明不用添加任何輔助設備，操作簡單，預氧化介質為空氣，而且氧化溫度較低，降低了能源的消耗，具有處理成本低和生產效率高等優點；氧化與離子滲氮連續進行，并且在同一離子滲氮爐內，相比現有的氧化技術，該技術操作簡單易行。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。