[发明专利]一种碳钢氮碳共渗表面疏松改善方法

说明书

本发明涉及一种碳钢氮碳共渗表面疏松改善方法，按以下步骤进行：将碳钢材质的工件放在温度在560‑580℃的气体渗氮炉内进行氮碳共渗处理；所述的氮碳共渗处理包括置换阶段、氮碳共渗阶段和降温阶段，其特征在于：在置换阶段先通入N₂对炉内的空气进行置换，再通入裂解NH₃对炉内的N₂进行置换；在氮碳共渗阶段通入NH₃、N₂和CO₂以获得所需的氮势；在降温阶段先通入NH₃和裂解NH₃，等温度降至380±10℃后再通入N₂直至碳钢材质的工件出炉。本发明方法使得碳钢材质的金属零件经氮碳共渗处理后表面疏松等级控制在AMS 2759/12A规定的1类标准，从而有效地提高碳钢氮碳共渗后的抗腐蚀性。

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种碳钢氮碳共渗表面疏松改善方法。

背景技术

在500-600℃温度范围内使工件表面同时渗入氮和碳的工艺称为铁素体氮碳共渗，是目前应用较广的低温化学热处理工艺。碳钢由于没有生成合金氮化物的合金元素，经氮碳共渗后其扩散层硬度并不高，对耐磨性的贡献甚微。故碳钢经氮碳共渗后主要目的是在外表面形成6-20um左右的致密白亮层以获得良好的抗腐蚀性能。

影响白亮层抗腐蚀性能一个主要的因素是白亮层的疏松。疏松指的是渗氮件表面白亮层内微孔的密集程度，是氮碳共渗过程所产生的一个缺陷组织。AMS 2759/12A氮碳共渗标准对疏松等级的划分共分为2级，疏松1级指的是疏松厚度不超过白亮层厚度的15％；疏松2级指的是疏松厚度超过白亮层厚度的10％但不超过白亮层厚度的50％。产生疏松的机理，一般认为是氮碳共渗工艺参数不当，表层ε相中的氮浓度产生较大的波动，导致氮原子易结合成氮分子从表面逸出形成孔洞。现有氮碳共渗工艺后碳钢表面疏松级别为2级，为了改善表面疏松，氮碳共渗工艺参数如何合理地设置和控制，才能防止白亮层里的氮原子尽可能少的向外扩散，这是目前氮碳共渗工艺的一大难点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种碳钢氮碳共渗表面疏松改善方法，有效解决了原有氮碳共渗工艺产生的表面疏松级别超差的问题，提高了碳钢氮碳共渗后抗腐蚀性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种碳钢氮碳共渗表面疏松改善方法，按以下步骤进行：将碳钢材质的工件放在温度在560-580℃的气体渗氮炉内进行氮碳共渗处理；所述的氮碳共渗处理包括置换阶段、氮碳共渗阶段和降温阶段，其特征在于：在置换阶段先通入N₂对炉内的空气进行置换，再通入裂解NH₃对炉内的N₂进行置换；在氮碳共渗阶段通入NH₃、N₂和CO₂以获得所需的氮势；在降温阶段先通入NH₃和裂解NH₃，等温度降至380±10℃后再通入N₂直至碳钢材质的工件出炉。

所述的碳钢材质为碳素工具钢。

置换阶段先在低温下用N₂对炉内空气进行排空。在炉内温度升至450±10℃，通入裂解NH₃对炉内N₂进行排空并保证在升温阶段表面不形成白亮层。

氮碳共渗阶段为氮碳共渗处理的主要过程，气体为N₂、NH₃和CO₂三种混合气体，氮碳共渗温度560-580℃，氮势1.6-2.0，氮化时间为2-5h，以获得氮碳共渗所需的白亮层组织。

降温阶段同时通入裂解NH₃和小流量NH₃，保证在降温阶段气氛依旧保留一定的氮势，减少零件表面氮浓度和气氛氮势之间的氮浓度差。