[发明专利]一种有效控制齿轮材料氮化物的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面氮化物热处理技术领域，尤其是一种适用于清除工件表面残留物、同时控制脉状或网状氮化物产生的有效控制齿轮材料氮化物的热处理工艺。

背景技术

为了提高齿轮表面的硬度及耐磨性，现阶段国内通常使用气体渗氮作为提高齿轮表面性能的有效热处理方法，工业生产中要求齿轮材料的氮化层层深≥0.5mm。现阶段气体渗氮中常采用以下方法：1、严格控制渗氮工艺，特别要控制炉气的氮势，减轻或防止脉状或网状氮化物的形成；2、严格控制氨气中的水分，采用一级液氨或采用高效的吸湿剂，以降低其水分含量；3、工件设计时，应避免尖角呈锐角，控制工件表面的粗糙度。

现有工艺由于气体渗氮工艺不当，氮化层常出现网状及脉状氮化物，严重影响渗氮质量，使渗层脆性增加，降低了氮化层的疲劳强度和耐磨性，氮化层极易脱落。现有工艺氮化后齿轮材料的金相组织中氮化物较为严重，根据GB/T11354金相组织评判标准，氮化物级别为4级，金相组织如图1所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种有效控制齿轮材料氮化物的热处理工艺，有效解决了原有氮化工艺产生的网状或者脉状氮化物的问题，从而有效提高了齿轮材料氮化层的耐疲劳强度和耐磨性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有效控制齿轮材料氮化物的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、预处理工序，将齿轮在有机溶剂中清洗，除去齿轮上的油渍及残物，按照防渗和装架要求工序，对齿轮进行防渗，装架后吊入气体渗氮炉内；

(2)、排气工序，检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流对气体渗氮炉进行升温，此过程中通入氮气流量15～20m³/h，炉压设定为300～400Pa；

(3)、氧化工序，当炉温升到300～350℃时，关闭氮气阀门，打开炉盖，无需从炉内吊出工件，工件曝漏到空气中，借助大气中空气及炉温对工件进行氧化处理，氧化时间t＝30～40min，氧化结束后盖上炉盖，打开氮气阀门，继续升温；

(4)、强渗工序，温度升到450℃时，打开氨气阀门，开始进行氨气置换，温度到500℃时，设定仪器氮势KN＝6，氮化时间t＝22h进行强渗；

(5)、扩散工序，强渗结束后，继续升炉温到510℃，设定炉内扩散氮势KN＝1.33，扩散时间t＝80h进行扩散；

(6)、冷却工序，扩散结束后，关闭氨气，继续通入氮气，待炉温缓冷至400～450℃开冷风机，进行风冷到150～180℃工件出炉。

进一步地，所述步骤(1)中气体渗氮炉采用丼式气体渗氮炉或罩式气体渗氮炉。

本发明的有益效果是：本发明设计合理，该工艺在气体氮化阶段之前添加氧化过程，合理控制氧化过程的时间及温度，在齿轮材料表面生成一层较薄的氧化膜，该氧化膜具有很高的表面自由能，对氮化物有很强的吸附性，显著提高了工件表面的氮含量，增大了工件表面的氮浓度梯度，形成了高的浓度差，显著提高了氮原子向基体扩散速度，避免了脉状及网状氮化物的形成，提高了工件表面耐疲劳强度和耐磨性；同时本发明在氧化阶段不用附加任何辅助设备，氧化介质为空气，降低了成本；氧化与氮化过程同在气体渗氮炉内进行，操作简单易行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有工艺气体渗氮层中氮化物的金相组织；

图2是本发明中气体渗氮层中氮化物的金相组织。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

一种有效控制齿轮材料氮化物的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、预处理工序，将齿轮在有机溶剂中清洗，除去齿轮上的油渍及残物，按照防渗和装架要求，对齿轮进行防渗，装架后吊入丼式渗氮炉内；

(2)、排气工序，检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流对井式炉进行升温，此过程中通入氮气流量15m³/h，炉压设定为300～400Pa；

(3)、氧化工序，当炉温升到300℃时，关闭氮气阀门，打开炉盖，无需从炉内吊出工件，工件曝漏到空气中，借助大气中空气及炉温对工件进行氧化处理，氧化时间t＝40min，氧化结束后盖上炉盖，打开氮气阀门，继续升温；

(4)、强渗工序，温度升到450℃时，打开氨气阀门，开始进行氨气置换，温度到500℃时，设定仪器氮势KN＝6，氮化时间t＝22h进行强渗；