[发明专利]一种钢制加工件表面渗碳氮化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械部件的表面硬化处理方法，尤其涉及一种机械部件的表面渗碳氮化处理方法。

背景技术

现有渗碳处理方法中的真空渗碳法是让被处理钢制加工件在真空炉中加热升温到规定的渗碳温度并使之保持均热后，往加热室导入作为渗碳气体使用的甲烷、丙烷、丁烷等气态的饱和碳氢化合物（饱和烃），再使其热分解，使由此产生的活性碳侵入到作为被处理物的钢制加工件的表面。与现有的气体渗碳技术相比较，真空渗碳法具有能够高温短时间处理、无需变质炉、气体环境管理简便、基本不发生粒子氧化、可进行断续操作等优点。

另一方面，使用饱和碳氢化合物气体作为渗碳介质的真空渗碳法容易导致杂质的产生，因此，出现了采用不饱和碳氢化合物气体（例如乙炔、乙烯等链状不饱和烃）取代甲烷、丙烷等饱和烃作为渗碳介质的真空渗碳法。然而，由于乙炔、乙烯等链状不饱和碳氢化合物的化学稳定性不如饱和碳氢化合物，不饱和碳氢化合物气体的热分解较渗碳反应将会更加强烈，且同样会产生杂质，因此，传统的观念认为，不饱和碳氢化合物气体不适宜作为渗碳介质。而作为渗碳介质的不饱和碳氢化合物气体，加上供给作为氮素源的氨气，虽然可同时实现在加工件表面渗碳和渗入氮素，但由于真空渗碳法中的炉内压力过低使得作为氮素源的氨气的供给在技术上变得更加困难；而且，在真空条件下，在渗碳氮化之后降温到淬火温度、并保持在淬火温度的这一区间，渗入的氮素会发生逃逸现象，这使得渗碳和氮化的同时处理在工业应用上变得更加困难。

此外，真空渗碳氮化法是把加热室设定在1kPa以下的真空状态下进行加热及渗碳，因此炉体需要有高度的密封构造，这在提高了设备成本的同时，因为炉内的氛围气体不发生对流，当加工件以高密度装入炉内进行加工时，不仅升温速度较慢，而且加工件仅仅通过发热体的热辐射吸收热量，装炉时加工件所处位置的不同很容易导致温度不均的现象发生。

如何开发一种综合效果更好的同时进行渗碳氮化的处理方法，这成为本领域技术人员长期面临的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设备简单、投入小、升温效率高、产品质量好的钢制加工件表面渗碳氮化处理方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钢制加工件表面渗碳氮化处理方法，包括以下步骤：将钢制加工件装入加热室中，先抽真空再通入氮气，使钢制加工件处于氮气气氛中，炉内气氛压强控制在110Torr以上，然后加热使钢制加工件达到渗碳氮化温度，保持前述炉内压强，并间隔性地通入不饱和烃气体和氨气进行高温渗碳氮化，高温渗碳氮化完成后降温到淬火温度（此处的降温包括维持温度不变，即高温渗碳氮化与淬火保温可在相同温度下进行），然后进行淬火保温及淬火冷却，最后完成对钢制加工件表面的渗碳氮化处理。（在扩散、降温和保温淬火阶段仍然需要通入不饱和烃气体和氨气）。

本发明提出的上述技术方案中，通过间隔性地供给渗碳用链状不饱和烃气体，使加工件表面的碳素渗入和（渗入）表面碳素的内部扩散过程能够反复交替地进行，这样便可有效克服由于碳浓度过高所急剧产生的渗碳体煤的沉淀问题；通过间隔性地供给氮化用氨气（氮素源），使加工件表面的氮素渗入和（渗入）表面氮素的内部扩散过程也能够反复交替地进行，相比连续供给的情况，由于氨气是间隔性供入，这样氨气的浓度会在短时间内升高，氮化速度也会提升，氮化不均的情况会明显减少。另外，氨气通入的时间点、时间间隔和通入量不必与链状不饱和烃气体完全一致。

上述本发明的技术方案中，所述高温渗碳氮化过程优选包括前段的渗碳氮化阶段和后段的扩散阶段。在该优选的技术方案中，高温渗碳氮化阶段结束后即转入到后续的扩散阶段，再降温到淬火温度进行后续的淬火保温和淬火冷却。至于渗碳氮化阶段和扩散阶段的划分，通常可将扩散阶段的耗时设定为与渗碳氮化阶段的耗时大致相同，也可将扩散阶段的耗时适当缩短。当然，在设计的加工件渗碳层深度较浅的情况下，也可不设置扩散阶段，直接在渗碳氮化阶段结束后降温到淬火温度。