[发明专利]一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法

说明书

本申请属于金属材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法。本方法对38CrMoAl材料没有尺寸和几何形状的限制。化学成分包括：Fe、C、N、Mn、Si、Cr、Mo、Al、S、P和其他残留元素，其中碳含量0.35％～0.42％。经过调质、表面处理、离子氮碳共渗和后处理；其中调质处理提高了材料的综合力学性能；空心阴极筒的使用提高了气体的电离几率，使得工件表面附近的电离密度增加；特定参数下的离子氮碳共渗使38CrMoAl表层组织发生调幅分解，转变为高氮马氏体。三个效果共同作用，不仅缩短了扩渗处理的时间，而且将38CrMoAl表面硬度提高到1200Hv以上。

技术领域

本申请属于金属材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法。

背景技术

空心阴极效应是一种特殊的放电现象，两个平行阴极置于真空容器中，当满足气体点燃条件时，在两个阴极附近形成阴极位降区。当两阴极的间距d、阴极放电长度Lk与阴极位降区宽度dk三者满足dk＜d/2，d＞Lk＞d/2关系时，将出现因两负辉区迭加而致光强增大的现象。利用空心阴极效应可以有效提高气体的电离和激发效率，提高等离子体密度。

调幅分解是过饱和固溶体在一定温度下通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性波动的两种固溶体的过程。

38CrMoAl是一种常用的氮化钢，经表面处理后具有较好的耐磨性和较高的强度，同时具有良好的耐热性和耐腐蚀性。经热处理后可制作高精度、高耐磨零件，如磨床主轴、车床主轴、精密齿轮、压缩机活塞杆等。常见的处理方法有氮化、轧制、调质、退火等。申请号：CN201910267079.7公布了一种改善38CrMoAl钢轧态组织的轧制工艺，通过控制较低的终轧温度，使得38CrMoAl过程轧件在轧制过程中得到较大的压应力，改善组织均匀性，细化晶粒。但这种细化晶粒的方法不能有效提升38CrMoAl的硬度，限制了材料的使用场景。申请号：CN201611231284.0公布了一种高效控制38CrMoAl模具表层脉状氮化物形成的离子渗氮方法，通过高温氧化，提高了38CrMoAl工件表面氮含量，从而增大了材料表面氮浓度梯度。但该方法处理时间长达10小时，能耗较大。

对于38CrMoAl的表面处理，目前现有的处理技术已经遇到瓶颈，硬度很难提升到1100Hv以上，而且为了提升硬度而进行的表面处理技术一般耗时长、能耗高。

发明内容

本公开旨在解决上述问题之一，提出了一种高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，以有效提高38CrMoAl的表面硬度，并大大缩短加工时长。

本公开实施例提出的高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，包括以下步骤：

(1)对38CrMoAl氮化钢材料进行调质处理；

(2)对步骤(1)的38CrMoAl材料进行打磨、抛光和超声清洗；

(3)对步骤(2)的38CrMoAl材料进行离子氮碳共渗处理；

(4)对步骤(3)的38CrMoAl材料进行抛光。

以上高硬度38CrMoAl氮化钢的化学热处理方法，通过设定合适的扩渗温度、扩渗时长、气体比例，使得组织在降温阶段发生上坡扩散，通过调幅分解的方式获得含氮马氏体组织，，改变组织物相，从根本上找到了提高38CrMoAl表面硬度的方法。而且极大缩短了38CrMoAl的处理时长，一般的气体渗氮处理时长为20～30h，一般的离子渗氮处理时长为6～15h，本公开的处理时长在3h左右。经本公开实施例处理后的高硬度38CrMoAl氮化钢，表面硬度可以达到1200Hv以上，且相比于已有技术，极大缩短了处理时间。

在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述调质处理包括：在850℃～860℃的油中淬火，再次加热到550℃～560℃回火处理，空冷至室温。