[发明专利]在较低压强和较高温度下钢零件的碳氮共渗方法和设备

说明书

一种碳氮共渗设备(IC)，所述碳氮共渗设备包括：加热腔(CC)，所述加热腔用于在中性气体和所选择压强下加热至少一个钢零件(PA)直至第一温度；第一富集腔(CE1)，所述第一富集腔用于通过在低于或等于所述第一温度的第二温度下渗氮成α相使所述经加热的零件富集有氮；第二富集腔(CE2)，所述第二富集腔用于通过在高于所述第二温度的第三温度下渗碳使所述富集有氮的零件富集有碳；淬火腔(CT)，所述淬火腔用于在某压强下淬火所述富集有氮和碳的零件；转移闸腔(ST)，所述转移闸腔与所述腔连通，并且能够临时地将所述零件容纳在受控气氛中；以及转移部件(MT)，所述转移部件用于经由所述转移闸腔(ST)将所述零件从一个腔转移至另一个腔。

技术领域

本发明涉及用于强化钢零件的一些热化学处理，以及更确切地涉及这种钢零件的碳氮共渗。

背景技术

在一些领域中，例如在车辆(任选地机动车辆)的领域中，必须强化一些钢零件的耐久性，以及更确切地至少强化这些钢零件的抗疲劳性，以使这些钢零件可承受较大的应力和/或以便增加这些钢零件的使用寿命。这种强化可通过碳氮共渗获得。

注意到，碳氮共渗是一种热化学扩散处理，所述热化学扩散处理涉及在淬火步骤之前使钢的表面富集有碳和氮，以便获得马氏体结构和强化。使富集有氮(此处实施成奥氏体相)称作渗氮成α相，并且使富集有碳称作渗碳。渗氮成α相(或奥氏体相)用于通过渗入氮改善抗疲劳性和钢冶金结构稳定性。渗碳涉及将碳渗入到钢零件中以便增加要被淬火的钢零件的性能并因此能够增加所述钢零件的表面硬度以及抗疲劳性和抗磨损性。

淬火是在液体或气体环境中快速冷却，这促使出现具有极高硬度的马氏体结构。

如本领域技术人员所知，已知的碳氮共渗处理时间较长并且由于采取折衷而造成了提供非最优的冶金效果。事实上，所述碳氮共渗处理使用相对低的处理温度(通常大约850℃)，以便优化使富集有氮操作(和更确切地避免了渗氮成α相的氨(NH3)中的大部分在触碰到所述零件之前裂化)，但这有损于使富集有碳操作(所述使富集有碳需要更高的温度)并且有损于处理时间(所述处理时间由于相对低的处理温度而需增加)。

发明内容

因此，本发明的目的尤其在于改善所述情况。

为此，本发明尤其提供了一种用于允许至少一个钢零件的碳氮共渗的方法，所述方法包括：

-第一步骤，在所述第一步骤中，在包含中性气体的环境中并且在所选择压强下加热所述零件直至第一所选择温度，

-第二步骤，在所述第二步骤中，在第一富集腔中通过在低于或等于所述第一温度的第二所选择温度下渗氮成α相使所述经加热的零件富集有氮，

-第三步骤，在所述第三步骤中，在第二富集腔中通过在严格高于所述第二温度的第三所选择温度下渗碳使所述富集有氮的零件富集有碳，以及

-第四步骤，在所述第四步骤中，在某压强下淬火所述富集有氮和碳的零件。

由于所述零件的温度比实施渗氮成α相所用的温度更热，因此避免了渗氮气体在接触到所述零件时瞬时裂化并因此使该渗氮气体更可能用于使富集有氮。而且，这使氮能够在零件中更好扩散并因此增加了所述氮的浓度。此外，由于在高于渗氮成α相的温度的温度下实施渗碳，使零件富集有碳因此更有效且更快速。最后，由于在与实施使富集有氮的步骤的腔不同的腔中执行使富集有碳的步骤，这能够在使富集有氮的步骤与使富集有碳的步骤之间使温度极快速地变化。

根据本发明的方法可包括可单独采用或组合采用的其它特征，所述其它特征尤其是：

-在所述第一步骤中，所述中性气体可为氮气(或N2)；

-在所述第一步骤中，所述压强可在大约1巴至大约1.5巴之间。但所述压强可显著更低，例如约等于第二步骤和第三步骤中所使用的较低压强；