[发明专利]用来热处理由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件的方法和由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件

说明书

发明领域

本发明涉及一种用来热处理由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件 的方法，在此热处理包括构件的通透淬硬、构件的表面层硬化，和构 件的退火，在此通透淬硬包括加热构件到在上转变温度Ac₃以上的硬 化温度、保持构件在此硬化温度下和对构件淬火，在此表面层硬化在 至少一种扩散元素的作用下进行，包括加热构件到扩散温度、保持构 件在此扩散温度下和冷却构件，并作为等离子体离子硬化实施，和在 此退火包括一次或多次加热构件到在下转变温度Ac₁以下的退火温度、 保持构件在退火温度下和冷却构件以及选择性地低温冷冻。

此外本发明还涉及由通透淬硬性的耐高温钢构成的构件，钢已经 经过了热处理，热处理包括构件的通透淬硬、构件的表面层硬化和构 件的退火。

发明背景

热和机械高载荷的构件，如滚动轴承的轴承部件，其用于支承钢 传动机构或气体涡轮机的主轴，至少由一种通透淬硬性的耐高温钢构 成和在制备时用合适的热处理调节成以后的使用目的。各自的工件， 以下称为构件，应在高强度时不仅具有高的韧性而且具有高的耐磨性。 为了达到该目的，这种构件的热处理通常包括通透淬硬、表面层硬化 和随后的构件的退火，在此通透淬硬和表面层硬化的顺序可以是不同 的。

通常称为硬化的构件的通透淬硬是一种纯粹的热工艺方法。硬化 或通透淬硬包括加热构件到在钢的上转变温度Ac₃的911℃以上的硬 化温度、保持构件在这个硬化温度下和随后对构件淬火。在此构件的 加热在时间上是这样控制的，即在整个构件中调节尽可能均匀的温度 上升和从而避免构件的变形。

硬化温度是所谓的奥氏体化温度，在该温度下立方体心的铁氧体 很大程度上完全转变成立方面心的奥氏体以及在起始材料中以碳化物 结合的碳分解成原子碳。在高合金钢时硬化温度通常为1050-1230℃， 在硬化温度下的保持时间可以为0.5-3小时。

构件的淬火以超过各种钢型的临界冷却速度的速度进行。这样整 个构件就具有马氏体的组织结构，这会带来硬度显著增大到超过 60HRC直至通常的最大64HRC。

硬化之后可能还可以进行低温处理，例如以构件冷却到直至-190 ℃的形式，这样存在的剩余奥氏体转化成马氏体。通过硬化在构件中 产生内应力，在通常的情况下在边缘为张应力和在构件的芯部中为压 应力。然而在构件表面层中的张应力具有缺点，因为这通过在操作时 出现的张应力被增强，以致于促进了裂纹形成和裂纹扩展，和从而构 件的疲劳强度，特别是在振动载荷时减小。

与此相反，构件的表面层硬化是一种热化学方法。在此所涉及到 的构件在加热和保持在扩散温度下处于固态的、液态的或气态介质或 等离子体下，其含有扩散元素，如碳、氮或由两种元素构成的混合物， 其在这些条件下扩散入构件的表面层中部与后面的冷却联合导致构件 的表面层硬化。

在应用碳(渗碳，增碳)和主要含有碳的由碳和氮构成的混合物 (碳氮化)作为扩散元素时，扩散温度为850-980℃的范围，与此相 反，在应用氮(渗氮)和主要含有氮的由氮以及碳构成的混合物(氮 碳化)作为扩散元素时，扩散温度为500-580℃范围。

在以等离子体离子硬化形式的表面层硬化中，通过在处理炉的外 壳和构件之间施加电压与辉光放电相结合，由扩散元素的正电荷离子 生成等离子体和在构件表面上射击。这样首先清洁了构件的表面，随 后附加地加热构件的表面层，和增强了扩散元素向表面层的扩散。通 过控制辉光放电的电压，扩散元素对表面层的富集可以精确计量。这 是具有意义的，因为表面层过于强烈的富集导致形成外来碳化物或外 来氮化物，其结果是构件的强度和耐腐蚀性减小。

在用氮等离子体离子硬化(等离子体渗氮)时，扩散温度典型地 为350-600℃，与此相反，在用碳作为扩散元素时，扩散温度为 700-1000℃。通过表面硬化处理而可达到的硬度为直至66HRC。在通 常情况下在表面层硬化后在构件的边缘区域有压内应力和在构件的芯 部处有张内应力，由此在振动负荷时给出更高的容许载荷。然而迄今 可达到的表面层的硬化的深度最大为0.2mm是较小的，在此这通过大 部分实施的机械最终加工，如研磨，还可进一步地减小。在扩散温度 下的保持时间可以为0.5-4小时。