專利名稱：彈性零件熱處理方法
技術領域：
本發明屬于熱處理技術領域，涉及一種彈性零件熱處理方法。
彈簧是一種在交變應力條件下工作的機械零件，一般要求具有高的疲勞極限、良好的表面質量和彈性施放效率、足夠的回彈韌性等特點。為了達到這些要求對彈性零件采取適當的熱處理，以獲得高的疲勞強度和彈性極限。在《熱處理基本知識》一書中，介紹了用彈簧鋼制造彈簧的一般熱處理方法，包括870℃±10℃溫度下淬火、400-520℃溫度回火，回火后噴丸處理(吹砂)，熱處理后對表面進行磷化或發黑處理。這種熱處理方法得到的彈性零件疲勞強度仍比較低，使用壽命短，不能滿足一般要求較高的彈性零件的服役極限既浪費了國家重要的優質金屬材料，又增加了使用廠家種種麻煩。為了提高金屬材料的強度、常常對金屬材料表面采用化學熱處理方法進行強化，如用氮滲入鋼的表面層即氮化熱處理，氮化熱處理用的介質為氨，由于氨在分解出活性(N)的同時，還分解出大量的H2，若是H2也滲入到金屬表面，就會產生氫脆，反而會降低材料的抗疲勞強度，若要除去氫脆，則還要進行8小時以上的再加熱處理，要耗費大量能源和延長設備生產周期，彈性零件若采用氮化熱處理工藝、由于氮化溫度高(710℃)和所用的時間比較長，既不符合該產品的生產工藝，又延長了產品的生產周期，能源消耗大，相應地提高了產品的生產成本。因此，在現階段的彈性零件的生產中，沒有采用氮化熱處理。
本發明的目的是要為彈性零件提供一種能克服上述矛盾的熱處理方法，達到提高彈性零件抗疲勞強度和彈性韌性，以提高彈性零件的使用壽命。
本發明的目的是用以下技術方案來實現的。本發明彈性零件熱處理方法包括850℃±10℃溫度下淬火、400-500℃溫度回火，吹砂、用清洗劑對表面進行清洗，放入氮化爐中進行真空脈沖軟氮化熱處理，真空脈沖軟氮化熱處理溫度400-500℃，熱處理時間4-6小時，氮化介質為氨氣(NH3)，之后通入N2保護氣體，降溫至300℃后出爐油冷，再回火至200℃空冷。
真空脈沖軟氮化熱處理的方法是，將清洗去油后的彈性零件裝入真空氮化熱處理爐中，蓋好爐蓋，升溫到氮化溫度400-500℃，然后抽真空至所需的真空度中如1-10托(TOγγ)時，停止抽真空，向氮化爐內輸入氨氣，氨氣受熱后，部分氨氣發生分解，分解出的(N)活性原子部分被零件表面吸收，一部分迅速結合成分子氮(N2)，N2和分解產生的氫分子(H2)以及未分解的NH3成為廢氣被及時由抽真空系統抽出，這樣就能及時防止氫被零件表面吸收產生氫脆，一般抽真空后，輸入氨氣至壓力為300-350托，保持壓力50-60分鐘，之后再抽真空1-2分鐘，輸入氨氣，如此脈沖循環，每一次循環過程約65分鐘。在真空軟氮化過程中，氨分解產生的初生態氮原子即活性(N)，由于化學活性大、體積小、易被鋼表面吸收，余下的在部分氫等在短時間內由真空及時排出，大大降低了氫滲入零件表面產生氫脆的危害性。
對彈性零件進行氣體軟氮化熱處理在化學熱處理中屬于生產周期最長的工藝方法，延長生產周期，造成生產成本升高。為加快氣體氮化熱處理過程，在真空軟氮化熱處理過程中，在氮化爐中加入稀土元素作催滲劑。即以液氨為單基原料，混合稀土氯化物作催滲劑的氣體真空軟氮化熱處理工藝方法。
混合稀土氯化物中稀土元素的含量(重量百分比)Ce26.6%、La13.8%、Pr3.4%、Nd11.4%、Sn1.3%、Cd0.32%，Y及其它0.32%，累計57.14%(其余為氯元素)、混合稀土氯化物作催滲劑使用方法是根據氮化爐的容量、裝爐量及工件形狀等關系，加入混合稀土氯化物的量為液氯量的30-40%(重量百分比)。混合稀土氯化物溶入溶劑中、溶劑可采用甲醇等，在真空軟氮化熱處理時，按規定的比例，將混合稀土氯化物溶液在氮化爐中輸入氨的同時，往爐中滴入混合稀土氯化物。
在氮化爐中加入稀土元素后，對滲氮介質具有活性催滲的作用，加速了氨斷鍵分解出活性(N)原子。在一般條件下，按熱力學條件進行分解時，由于軟氮化溫度低，氨難于完全分解，而加入稀土元素后有利于熱分解，使分解動力學加速，催滲率可達30-40%。稀土元素也能促進滲層的氮濃度增加，并使氮濃度沿外表面至內層逐步下降，有利于材料性能的提高。稀土元素的加入還能促進滲層組織的改進。在冶金過程中，鋼中加入微量稀土元素，能改善鋼的組織，提高鋼的綜合性能，已得到充分肯定。在使用普通氮化和加稀土元素催滲氮化用透射電鏡×50000觀察比較中發現普通氮化表層出現較粗大的波紋氮化物，而稀土催滲則出現了細小的條狀氮化物，且普通氮化物層組織疏松，而加稀土滲氮的化合物層組織致密，同時氮化物形狀短小，并分布彌散，充分證實了稀土元素在催滲的同時也可滲入到鋼的表面，產生微合金化作用。稀土元素還與氫有較強的親和力，從而使氮化爐氣氛中氫的分壓降低、氣體的滲氮能力增大，因此大大減少了氫的滲入危害，從而避免了“氫脆”現象。
綜上所述，本發明具有以下特點1、采用氮基氣氛進行化學熱處理、產生活性氫的量大大被減少。2、采用稀土作催滲劑，因稀土與氫有較強的親和力，從而不但使氣氛中氫的分壓降低、氣體的滲氮能力增大，因此大大減少了氫的滲入危害。3、采用真空脈沖軟氮化，氨分解產生的初生態氮原子由于化學活性大、體積小、易被鋼表面吸收，而余下的大部分氫原子隨同廢氣真空及時排出，大大降低了氫的侵入危害。
實施例一用本發明方法對發電機組碳刷上的配件產品非接觸型小蝸卷彈簧進行熱處理。將該種蝸卷彈簧采用850℃、在硝酸鹽溶液中淬火30分鐘、在450℃溫度下回火1.5小時，經吹砂清洗后，將彈簧裝入真空脈沖軟氮化熱處理爐中，蓋好爐蓋，加溫到450℃作為軟氮化溫度，在保持這個溫度的情況下抽真空2分鐘，輸入氨氣到氮化爐中，同時向氮化爐中滴入混合稀土氯化物溶液，滴入量為液氨量的40%(重量比)，輸入氨氣至壓力為350托(TOγγ)，保持壓力60分鐘，又抽真空2分鐘，再輸入氨氣和滴入混合稀土氯化物溶液，如此循環進行真空脈沖軟氮化4.5小時。而后通過N2保護氣體，降溫至300℃后彈簧出爐、油冷，個別整形后再用200℃溫度進行回火1.5小時，空冷。這樣制造的蝸卷彈簧其硬度值被控制在HRC39-42°之間，使用壽命比目前國內常用生產工藝制造的同類產品提高了3-4倍即服役極限由6.5萬次提高到24-32.6萬多次，產品表面具有氮化潤滑膜層，具有防腐耐磨作用，表面顏色為深藍色，有很好的裝飾效果。
實施例二用本發明的熱處理方法對電力機車上的重要的弓形彈簧、閥門的蝶形彈簧、電磁起重設備上的重要配件接觸型蝸卷彈簧如δ1.6×80×164000mm(厚×寬×長度)等彈性零件產品進行熱處理，使產品的硬度值控制在最佳范圍(HRC39-42℃)，使用壽命即服役期限普遍提高3-4倍，并具有很好的防腐耐磨性，外表美觀。
本發明彈性零件熱處理方法工藝簡單，易于推廣、適合于彈性零件的熱處理。
權利要求
1.一種彈性零件熱處理方法，包括將彈性零件在850℃±10℃溫度下淬火、400-500℃溫度回火、吹砂，其特征在于，吹砂后，用清洗劑對表面進行清洗，放入氮化爐中進行真空脈沖軟氮化熱處理，真空脈沖軟氮化熱處理溫度400-500℃，熱處理時間4-6小時，氮化介質為氨氣(NH3)，之后通入N2保護氣體，降溫至300℃，出爐油冷，再回火至200℃后空冷。
2.根據權利要求1所述的彈性零件熱處理方法，其特征在于氮化爐中進行真空脈沖軟氮化熱處理時，加入稀土氮化物作為催滲劑。
3.根據權利要求2所述的彈性零件熱處理方法，其特征在于加入的稀土氯化物的量為加入的氨量的30-40%。
全文摘要
本發明屬于熱處理技術領域，涉及一種彈性零件熱處理方法。該熱處理方法包括將彈性零件在850℃±10℃溫度下淬火，400—500℃溫度回火、吹砂、用清洗劑對表面進行清洗，之后放入氮化爐中進行真空脈沖軟氮化熱處理，真空脈沖軟氮化熱處理溫度400—500℃，熱處理時間4—6小時，氮化介質為氨氣(NH
文檔編號C23C8/26GK1067684SQ9110672
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月15日 優先權日1991年6月15日
發明者徐厚國, 徐先林 申請人:徐厚國, 徐先林