[发明专利]一种复合热处理方法

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种复合热处理方法的改进，尤其是涉及一种金属材料渗碳、渗氮复合热处理工艺方法。

背景技术：

目前，在金属热处理加工过程中，渗碳或渗氮是钢在热处理过程中常用的改变金属表面化学成分和显微组织的热处理工艺方法，使其金属表面具有高的硬度和耐磨性，其硬度最高达到58-62HRC，相当于630-750HV；而心部获得低马氏体(或贝氏体、索氏体)等组织，具有一定韧性和耐冲击性，所以已获得广泛应用。但该方法对金属表面硬度和耐磨性的提高有一定的限制，另外由于该热处理方法处理的金属对渗碳炉和一些相关材料要求很高特别对渗碳后淬火温度要求为820-840℃，温度较高会使零件发生较大的变形，给后续加工工序带来很大的影响。为有效提高金属的硬化层深度，经研究发现含氮马氏体对金属热处理工艺加工有很大影响，并在研究中发现提到多种元素的复合处理方法，其中渗氮与渗碳复合处理，不仅可以提高金属的有效硬化层深度(硬化层深度由0.09μm提高到0.23μm)，进而极大地提高了金属的耐磨性，同时还可以降低淬火温度(780-800℃水淬)。但同时仍然存在表面有低硬度疏松层这一问题，这些处理只可能在薄型冲压金属件上应用，为了解决生产当中出现的问题和难题，为适应生产的需要亟待研究一种针对上述问题，解决的热处理方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种复合热处理方法，使其能提高金属热处理渗层深度和减少变形，有机结合并充分发挥各工艺的优点，克服各自缺点达到扬长避短，达到金属的良好使用性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将渗碳热处理与碳氮共渗技术结合起来进行一种复合处理方法，其特点将工件加热至奥氏体状态进行渗碳或碳氮共渗，获得理想的渗层，然后在炉内将温度降低到奥氏体渗氮温度640-720℃进行渗氮或氮碳共渗处理，使工件表面层奥氏体的氮浓度提高到奥氏体渗氮层的水平，再进行直接800℃左右的淬火和在300℃范围内的时效处理或直接进行200-240℃温度区间中的等温淬火，使高氮奥氏体发生分解，得到金属理想的表面硬度和耐磨性。

结合要点对本发明方法作进一步的描述，具体如下：

(1)、工件装炉后在840-900℃温度下渗碳，并控制碳势在达到预定的渗层深度后，随炉降温至640～720℃范围进行奥氏体渗氮，催渗剂为氨气十氢气分解气体，使用控制计控制氮分解率和炉内气体成分及温度，使工件表面氮浓度达到奥氏体饱和浓度，然后出炉淬油或水溶性介质，并再进行200-240℃温度范围内的时效处理或直接在这一范围等温淬火。

(2)、当工件在820-860℃温度下进行碳氮共渗时，当渗层深度达到预定要求后随炉降温至640～720℃范围内进行奥氏体渗氮，通入氨或氨分解气体，控制氨分解率获得最高氮浓度达到饱和的高氮奥氏体层，并立即淬火油或水溶性介质中再进行300℃内某一温度时效或直接于200～240℃温度下等温淬火处理。对一些中碳或中碳低合金钢如：45钢、40Cr钢制机床齿轮等工件，先进行830-850℃的奥氏体化，并保温一定时间后随炉冷却至600～650℃温度范围中某一温度进行奥氏体渗氮，使用氨气或氨气十氨分解气氛，控制分解率和通人气体的比例，获得最高氮浓度达到饱和的高氮奥氏体层，淬入油或水溶性介质后于200-240℃区间时效处理或直接在300℃之内等温处理。使表面层获得上佳性能，心部为索氏体组织，并取代正火或调质后进行感应淬火的工艺，使金属的耐磨性有更大提高。

本发明的有益效果：

本发明使金属热处理工件兼具奥氏体渗氮淬火时效处理的高硬度900HV)，又具有淬火温度(640-720’C)较低能减少工件变形的显著优越性，同时可以成倍提高奥氏体渗氮的有效硬化层深度。

具体实施方式：

结合本发明的内容进一步提供以下实施例。

实施例：机床曲轴，材料20Cr，要求渗层深度为0.4μm，表面硬度高于850HV，曾用渗碳处理工件变形超差。用铁素体氮碳共渗则渗层深度达不到要求。

曲轴热处理在TX-60箱式炉中进行，首先在880℃进行渗碳，控制碳势浓度0.85％、90分钟时间，催渗剂采用甲醇十丙酮，渗层检查达要求后降温至740℃通人氨气，氨气分解率控制85～90yo，时间3小时，使工件经处理后获得0.23smm的高氮奥氏体层，随后淬火或水)，并在250℃时效3小时。处理后工件表面硬度达870HV，心部硬度35HRC；变形在公差范围内，完全达到使用标准要求。