[发明专利]一种控制31CrMoV9齿轮材料氮化物的热处理方法

说明书

本发明涉及一种控制31CrMoV9齿轮材料氮化物的热处理方法，其工艺包括对31CrMoV9齿轮材料进行预处理、排气、氧化、强渗、扩散和冷却等工艺。本发明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31CrMoV9齿轮材料氮化层的耐疲劳强度和耐磨性。

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种控制31CrMoV9齿轮材料氮化物的热处理方法。

背景技术

为了提高31CrMoV9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31CrMoV9齿轮表面性能的有效热处理方法，工业生产中要求31CrMoV9齿轮材料的氮化层层深≥0.6mm。31CrMoV9由于含有V元素，其氮化时氮原子的渗入速度低，V等高合金元素阻碍了氮原子的进入，若形成氮化物则氮原子很难迁移而扩散，因此材质不容易形成白亮层以及疏松，且氮化物很难控制。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31CrMoV9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。

发明内容

本发明主要提供了一种控制31CrMoV9齿轮材料氮化物的热处理方法，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31CrMoV9齿轮材料氮化层的耐疲劳强度和耐磨性。其技术方案如下：

一种控制31CrMoV9齿轮材料氮化物的热处理方法，包括以下步骤：

(1)预处理：调质奥氏体化温度为910-920℃，高温奥氏体化将避免基体铁素体以及贝氏体的形成，使严重脉状网状氮化物的载体消除，回火控制调质硬度在330-350HB，使用有机溶剂对31CrMoV9齿轮清洗，除去31CrMoV9齿轮上的油渍及残物，对31CrMoV9齿轮进行防渗，装架后吊入气体渗氮炉内；

(2)排气：检查炉盖盖好无误后，调整电压、电流，对渗氮炉进行升温并通氮气；

(3)氧化：当炉温升到300-350℃时，关闭氮气，通入氧气，对工件进行高强度氧化处理，打破V元素对氮原子的阻尼，氧化结束后关闭氧气，通氮气，继续对炉体升温；

(4)强渗：当炉温升到440-460℃时，通入氨气进行氨气置换，当炉温升至550-570℃时，控制氮势及氮化时间进行强渗，使快速氮化形成氮化层主体；

(5)扩散：强渗结束后，扩散采用低温高氮势与高温低氮势的变温交替势能控制模型，先510℃且氮势0.5保持10h，再升温至530℃且氮势2.18保持10h，交替3次进行扩散处理，层深要求更深时可以增加交替次数；

(6)冷却：扩散结束后，关闭氨气，继续通入氮气，使炉温缓冷再进行风冷，工件出炉即可。

优选的，步骤(1)中所述有机溶剂为酒精。

优选的，步骤(2)中通入氮气的流量为15-20m³/h，炉压为300-400Pa。

优选的，步骤(3)中氧气流量为0.8m³/h，氧化时间为60min。

优选的，步骤(4)中在氮势16、氮化时间10h的条件下进行强渗。

优选的，步骤(6)中当炉温缓冷至400-450℃时开冷风机进行风冷，风冷至150-180℃工件出炉。